This article proposes analytical solutions for sound radiation from radial vibration modes of a thick annular disk. Structural eigensolutions are calculated using the transfer matrix method. The far-field sound pressure distribution is obtained using two alternate methods. In the first method, pressure is calculated using the Rayleigh integral technique. The second method treats sound radiating radial surfaces as cylindrical radiators of finite length. The Sinc function approach is employed for calculations. Acoustic powers and radiation efficiencies of radial modes are also determined from the far-field sound pressure calculations. Analytical predictions match well with measured data as well as computational results from a finite element code in terms of structural eigensolutions and from a boundary element code in terms of sound pressure, directivity etc.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.680-690
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2020
In ocean environment, the sound speed gradient of seawater has an important influence on far field sound propagation. The FEM/BEM is used to decouple the vibroacoustic radiation of the spherical shell, and the Green function of the virtual source chain is adopted for decoupling. For far field radiated Sound Pressure Level (SPL), the Beam Displacement Ray normal Mode (BDRM) is employed. The vibration and near-/far-field radiated SPL of spherical shell is analyzed in shallow sea uniform layer, negative/positive gradient, negative thermocline environment, and deep-sea sound channel. Results show that the vibroacoustic radiation of spherical shell acted at 300Hz can be analogous to dipole. When the radiated field of the spherical shell is dominated by large-grazing-angle waves, it can be analogous to vertically distributed dipole, and the far field radiated SPL is lower; while similar to horizontally distributed dipole if dominated by small-grazing-angle waves, and the far field SPL is high.
The radiation of sound from a rectangular plate with a guided edge condition is investigated. By taking this particular boundary condition into account, simple analytical forms of the average radiation efficiency and radiation power based on the modal approach can be found, where the cross-modal terms can average out for all possible point excitation locations. Design variables of the plate such as thickness, aspect ratio, and damping that are closely related to the sound radiation are mainly discussed. The radiation power of the guided plate is found to be governed by the piston mode as well as the critical frequency. While both the radiation efficiency and the radiation power seem to be influenced by thickness and a large aspect ratio, damping loss factor seems less important to the radiation power. It is also shown that no clear corner and edge mode regions may be found for the guided case, unlike the pinned.
It is very important to understand the vibration and noise characteristics of a structure to developed quiet machines and lessen their noise. In this paper, the vibration and sound radiation characteristics of a simple and a bar-stiffened plate have been investigated using numerical and experimental techniques. In numerical process, FEM analysis has been performed for the vibration level ; the time-space squared and averaged velocity and BEM analysis for sound radiation parameters ; sound power and radiation efficiency. In experimental process, FFT signal processing method has been used. While a power from an exiciter is applied to the structure by using a point contact, sound intensity and vibration level has been measured. Based on these two data, the radiation efficiency has been calculated. Results show that the radiation efficiency for the stiffened structure increases compared to the simple plate, due to the extra edges provided by the stiffener.
구조진동 소음 문제의 평가에 있어 방사소음은 중요한 물리적 특성으로 음향 인텐시티 측정으로 확인이 가능하지만, 시간이 오래 걸리고 까다로운 측정 조건 때문에 시험을 꺼리는 경향이 많다. 그 대안으로 시뮬레이션이 사용되고 있으며, 그 정확도도 높다. 문제는 방사소음 파워와 방사효율 같은 중요한 물리량을 얻기 위해서는 이를 계산해 주는 특정한 소프트웨어가 필요하다는 점이다. 본 연구에서는 이런 관점에서 일반적인 유한요소 해석 소프트웨어를 사용하여 방사소음 파워와 방사 효율을 계산하는 후처리 기법을 제안한다. 제안된 두가지 방법은 기본적으로 시험에서 사용하는 방법을 시뮬레이션에 활용하는 것이다. 첫번째 방법은 상반성 기법을 이용하는 것이며, 두번째 방법은 인접한 2개의 위치에서 계산된 음압을 이용하는 방법이다. 두가지 방법이 모두 효과적으로 방사소음 파워를 예측할 수 있음을 보였으며, 그 한계도 설명하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제12권2호
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pp.21-34
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1988
Machinery enclosures are widely adopted to reduce the noise emission in various fields of application. Emitted noise, which is due to the vibration of enclosure's outer surface, is composed of two kinds of sound with different path of propagation. One is the "structure-borne sound", while the other is "air-borne sound". In order to get a most efficient machinery enclouser a prudent consideration upon the above structure-borne and air-borne sound is required, as the guiding principle of contermeasure for each noise is quite different. The controlling of input vibration and its isolation are major subjects for the structure-borne sound, and the specifications of absorbing members and damping panels are the major related matters for the air-borne sound. Hence, it seems very efficient to separate the total sounds into two categories with a great accuracy when one think of further reduction of noise from the existing enclosure, although its separating methods have not been made clear for many years. Author proposes an application method of experimental modal analysis to extract the structure-borne sound from the measured total radiation sound, as the air-borne sound is deduced by the vectorial difference between the measured total radiation sound and the calculated structure-borne sound. In order to calculate the correct structure-borne sound by the excitation at an arbitrary point on the enclosure structure, it is important to decide 1) how to estimate the enclosure's surface vibration velocity and 2) how to compute the radiation sound which is considered as the effect of vibration modes of enclosure surface. The former can be solved with total frequency response function calculated by the application of experimental modal analysis. The latter is to be solved by the author's new approaches for radiation sound computation by means of the Rayleigh's integral equation and the boundary-element method applied complex surface vibration velocity. As a first step, structure-borne sound by the excitation at an arbitry point on the rectangular plate with fixed edges, has been calculated to verified the reliability of the developed computation methods. The results of calculation show good agreements with those of the actual measurements.actual measurements.
A theoretical model has been studied to describe the sound radiation analysis for structure vibration noise of vehicle tires under the action of random moving line forces. When a tire is analyzed, it had been modeled as curved beams with distributed springs and dash pots that represent the radial , tangential stiffness and damping of tire, respectively. The reaction due to fluid loading on the vibratory response of the curved beam is taken into account. The curved beam is assumed to occupy the plane y=0 and to be axially infinite. The curved beam material and elastic foundation are assumed to be lossless Bernoulli-Euler beam theory including a tension force, damping coefficient and stiffness of foundation will be employed. The expression for sound power is integrated numerically and the results examined as a function of Mach number, wave-number ratio and stiffness factor. The experimental investigation for structure vibration noise of vehicle tire under the action of random moving line forces has been made. Based on the Spatial Transformation of Sound Field techniques, the sound power and sound radiation are measured. Results strongly suggest that operation condition in the tire material properties and design factors of the tire govern the sound power and sound radiation characteristics.
A theoretical model has been studied to describe the sound radiation analysis for structural vibration noise control of tire under the action of random moving line forces. When a tire is analyzed, it has been modeled as a curved beam with distributed springs and dash-pots which represent the radial, tangential stiffness and damping of tire, respectively. The reaction due to fluid loading on the vibratory response of the curved beam is taken into account. The curved beam is assumed to occupy the plane y = 0 and to be axially infinite. The material of curved beam and elastic foundation are assumed to be lossless, and governed by the law of Bernoulli-Euler beam theory. The expression for sound power is integrated numerically and its results examined as a function of Mach number(M), wavenumber ratio(.gamma.) and stiffness factor(.PSI.). The experimental investigation for structural vibration noise of tire under the action of random moving line forces has been made. Based on the STSF(Spatial Transformation of Sound Field) techniques, the sound power and sound radiation are measured. The experimental results show that operating condition, material properties and design factors of the tire have a great effect on the sound power and sound radiation characteristics.
A dash panel plays an important role to protect noise as well as heat. Meanwhile, it is also the most important path that transfers energy to the interior cavity, so that some of noises are transferred via air and its structural vibration becomes a major issue. From the viewpoint of NVH performance, simplified structures analogues to the dash wall are dealt with. Stiffeners, damping sheets and sound packages attached to a flat panel are taken into account as design variables. Structural radiation characteristics(thus, structure borne) such as radiation efficiency and radiation power are mainly discussed. For the case when an excitation is applied on a frame that surrounds the panel, it is shown that the radiation efficiency increases by attaching a stiffener to the panel, which is similarly found from the case when a panel is directly excited. It seems more effective to attach damping sheets along the boundary area of the panel rather than its middle area. The radiation efficiency of sound packages may make a dominant contribution to transmission loss as well as sound radiation. Experimental work was carried out to verify the results based on the simulation study.
This paper describes a evaluation method of sound power radiated from the vibrating faces of a single stage gear box using sound radiation. The vibration caused from meshing gears is transmitted to the gear box faces through shafts and bearings. A Boundary Element Method (BEM) is developed to calculate the sound power radiated from the faces with their velocity response which is based on the Building Block Approach (BBA). Radiation efficiency as well as the sound intensity on the surface of the gear box is also calculated. Sound power of the gear box is larger in the case that bearings have offset to the wall of the gear box than that bearings are on the center of the gear box. The sound power increases with the augmentation of the offset.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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