Acoustics of Fluid-Structure Interactions pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Howe, M. S.

出品人:

页数:572

译者:

出版时间:1998-8

价格:$ 188.71

装帧:HRD

isbn号码:9780521633208

丛书系列:

图书标签:

Acoustics
Fluid-Structure Interaction
Vibration
Noise Control
Modal Analysis
Finite Element Method
Computational Acoustics
Engineering Mechanics
Structural Dynamics
Hydroacoustics

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具体描述

Acoustics of Fluid-Structure Interactions addresses an increasingly important branch of fluid mechanics - the absorption of noise and vibration by fluid flow. This subject, which offers numerous challenges to conventional areas of acoustics, is of growing concern in places where the environment is adversely affected by sound. Howe presents useful background material on fluid mechanics and the elementary concepts of classical acoustics and structural vibrations. Using examples, many of which include complete worked solutions, he vividly illustrates the theoretical concepts involved. He provides the basis for all calculations necessary for the determination of sound generation by aircraft, ships, general ventilation and combustion systems, as well as musical instruments. Both a graduate textbook and a reference for researchers, Acoustics of Fluid-Structure Interactions is an important synthesis of information in this field. It will also aid engineers in the theory and practice of noise control.

固体与流体的共舞：流固耦合系统中的声学现象本书深入探讨了流体与固体结构相互作用时所产生的复杂声学现象。全书围绕流固耦合系统（Fluid-Structure Interaction, FSI）这一核心概念展开，系统地阐述了从基础理论到先进应用的全过程。第一部分：基础理论与建模框架本部分奠定了理解流固耦合声学的理论基石。我们首先回顾了描述流体动力学和结构动力学的基本方程，重点是 Navier-Stokes 方程和线性/非线性弹性理论。随后，详细介绍了在不同物理尺度和时间尺度下处理 FSI 问题的数值方法。流体动力学基础：深入分析了可压缩与不可压缩流体的运动方程，特别关注边界层效应和湍流对声学辐射的影响。我们探讨了拉普拉斯方程在无粘、无旋流场中的应用，并引入了边界积分方程法（BEM）在处理无限域声学问题中的优势。结构动力学与材料模型：涵盖了从薄壳、梁到三维弹性体的结构响应分析。重点讨论了材料的各向异性、阻尼机制以及大变形对系统声学特性的影响。耦合机制的数学描述：详细阐述了流固界面上的连续性条件——动量守恒与位移连续性。提出了单向耦合（流体驱动结构）和双向耦合（结构形变影响流场）的数学模型。特别对虚质量效应（Added Mass Effect）在低频声学传播中的作用进行了详尽的分析和量化。第二部分：特定耦合系统中的声学辐射与散射本部分聚焦于特定几何构型和物理工况下流固耦合系统的声学行为。内容涵盖了海洋声学、航空声学及工业噪声控制等多个前沿领域。水下声学与潜艇/船体辐射噪声：详细研究了船舶在不同航速和工况下结构振动与水动力噪声的相互作用。重点分析了空化现象（Cavitation）对噪声谱的影响，以及船体与螺旋桨的流固耦合如何改变水声辐射特性。引入了偶极子、四极子等声源项的理论，以精确模拟由流体压力脉动引起的结构振动和随后的声辐射。航空声学与机翼/机身噪声：探讨了高速气流作用下机翼气动弹性（Aeroelasticity）与声学辐射的耦合。分析了边界层湍流脉动压力激励下的结构振动噪声（Turbulence Boundary Layer Excitation, TBLE）。我们提供了一套系统的流程，用于预测飞行器在高马赫数下由于颤振或气动噪声引起的结构声学响应。管道与腔体中的声学：针对有限空间内的流固耦合问题，如通风管道、涡轮叶片通道，分析了声波在复杂边界条件下的传播、反射与吸收。详细讨论了结构振动如何作为声学波导或阻尼器，调节系统的固有频率和声辐射效率。第三部分：主动与被动控制策略本部分转向工程实践，介绍如何利用或抑制流固耦合产生的声学效应。被动控制：侧重于结构设计和材料选择。探讨了如何通过改变结构阻尼、引入腔体吸收声能，或采用复合材料来调控流固耦合系统的固有频率，从而避开主要的激励频率。内容涵盖了隔音罩设计、阻尼层铺设的声学优化方法。主动控制（Active Control）：介绍了利用传感器和执行器（如压电作动器）对结构振动进行实时反馈控制的技术。重点阐述了如何基于对流场和结构状态的实时监测，设计最优的控制律来抑制结构声辐射，特别是针对宽带噪声源的抑制策略。非线性效应的控制：针对颤振、涡脱落等非线性流固耦合现象引起的强噪声，提出了基于非线性动力学原理的控制方法，例如利用局部分析（Local Analysis）来识别和稳定不稳定区域。第四部分：先进数值模拟与实验验证本部分关注现代研究中不可或缺的计算工具和实验手段。计算流固耦合（CFD-CSD-Acoustics）：详细介绍了先进的耦合求解器架构，包括时域/频域的直接耦合和迭代耦合算法。讨论了网格划分策略（如阶梯网格法、移动网格技术）在精确捕捉流固界面运动中的挑战与解决方案。声学边界元法（ABEM）与有限元法（FEM）的结合：展示了如何将结构和流体区域的有限元分析结果，通过边界积分方程法无缝连接到外部声场计算中，实现高保真度的声辐射预测。实验测量技术：介绍了用于流固耦合声学测试的关键技术，包括激光多普勒测振（LDV）用于结构表面振动测量、高密度麦克风阵列（Microphone Arrays）用于声源定位和声功率测量，以及同步采集流场数据（如PIV）的实验流程。本书力求为从事结构噪声、海洋工程、航空航天声学以及振动与冲击研究的工程师和科研人员提供一套全面、深入且具有工程指导意义的理论和方法论工具。其内容深度覆盖了从微观的材料本构关系到宏观的系统声学性能预测，是理解和解决现代工程中流固耦合声学问题的权威参考。