柱状固体复合结构对斜入射超声波的散射

较详细阐述了三层柱状固体复合结构对斜入射超声波的散射理论．厚度远小于声波波长和内层半径的中间圆环可模拟为内外层媒质之间的界面薄层．将声波斜入射时中间国环层力学量的传递矩阵作线性近似展开，我们首次建立了描述界面薄层的三维弹簧物理模型，由此进一步分析了固体界面处的声学边界条件．利用弹簧模型，我们最后从数值上研究了玻璃纤维／铝基复合结构中界面薄层力学参量的变化对斜入射超声散射截面积的影响．     

固体中圆柱状界面处力学量边界条件和界面的物理模型

简要介绍了固体复合媒质中圆柱状界面层的声散射理论,给出了联系界面层内外表面处声场产生的位移和应力的传递矩阵。将此传递矩阵对界面层厚度作渐近展开,可得界面薄层处力学量一级和二级近似边界条件。当界面簿层厚度远小于圆柱散射体半径时,传递矩阵可进一步简化,这时的近似边界条件可用界面弹簧模型解释。以数值计算为例子,讨论了各种近似边界条件的有效性和可能应用。本文还考虑了界面状况对声散射的影响。最后指出了声与柱状界面薄层相互作用方面有待进一步研究的一些问题。     

界面层对层状各向异性复合结构中Lamb波的影响

建立了各向异性界面层的弹簧模型,并将其应用于分析层状复合媒质的全局矩阵技术中.其 引入的机理是全局矩阵的程序结构、各层矩阵的排列不至于遭受大的破坏.因此,把弹簧界 面作为一个“材料层”.该层的材料常数用劲度常数来描述,其层厚为零.把该层放在全局矩 阵适当的位置而使系统中的其他层不发生任何变化.数值示例显示了刚性联接、滑移联接、 完全脱层三种不同界面条件下双层各向异性复合结构中Lamb波的频散特征,并对刚性联接和 滑移联接时质点沿板厚方向的位移分布进行了比较. 关键词： 各向异性界面 弹簧模型 全局矩阵 兰姆波频散     

磁多层结构中处理界面散射的新方法

本提出了处理界面散射的新方法。在用准经典近似理论处理Ｆｅ／Ｃｒ多层结构输运性质时，把界面附近互扩散区域中磁性杂质体散射等效为一个有效界面的散射。新的界面散射机制不同于过去用的常数透射系数，而是与合金层的厚度、杂质散射的自旋不对称性以及电子运动方向都有关的散射系数。用有效界面散射可以提高界面对电阻率的贡献，能较好地同时解释磁多层结构中巨磁阻与电阻率的实验结果。     

纤维复合媒质中的超声衰减

为了精确估计纤维复合煤质中散射所引起的超声衰减，必须计及纤维之间的多次散射现象本文提出了纤维复合煤质中任一点有效入射声场的计算方法当超声纵波传播方向与纤维轴线相垂直时，散射横波并不影响有效入射声场；导出了考虑多次散射后超声衰减系数的表达式；数值计算了玻璃／金属铝复合媒质中纵波衰减系数随频率的变化关系 关键词：     

基于Berreman矩阵的双折射薄膜光谱响应特性计算

采用Berreman特征矩阵方法,通过数值计算研究了双折射薄膜的反射、透射等光谱响应特性。依据电磁场理论的电场分量、磁场分量的界面连续条件,推导了光波在各向异性双轴薄膜中的Berreman转移矩阵,用以分析含有各向异性介质层的复杂薄膜系统的光学性质。这些矩阵递推关系包含了界面处的多点反射,适用于一般的各向异性的多层膜系统,包括入射媒质或基底为各向异性的情况。在文中给出了各向同性入射媒质双轴各向异性膜层一各向同性基底薄膜系统的计算结果,验证了该计算方法的可行性,以此作为进一步研究各向异性薄膜和相关光学薄膜器件设计的理论基础。     

考虑界面状况时柱状弹性固体的声波散射

导出了求解母材料固体中镶嵌的柱状弹性固体(两固体间存在界面薄层)声波散射系数的一般表达式.根据Flax的共振散射理论,对背向散射谱中的共振模式进行了识别.利用模拟界面薄层的弹簧模型,考察了界面层切向劲度常数K_T对共振模式形态的影响 关键词： 声波散射 共振模式 界面     

电磁偏置各向异性石墨烯界面的传播矩阵

基于电磁场边界条件和相位匹配,推导出电、磁偏置下呈各向异性的石墨烯导电界面的传播矩阵,并进一步给出各向异性石墨烯界面的反透射系数解析解;该传播矩阵耦合了基本的横电波和横磁波极化,并包括偏置电、磁场的影响.将跨石墨烯界面传播矩阵嵌入各向同性分层介质传播矩阵,获得的新传播矩阵可用于解析分析平面电磁波以任意角度入射含各向异性石墨烯界面层状介质时的传播和反透射特性,并且为分层介质与各向异性导电界面复合结构的相关分析和设计提供了一种非常简单的工具.     

纤维增强复合媒质中的超声散射

为了用超声方法评价纤维增强复合媒质中纤维／母材的界面特性，本文建立了三层柱状固体媒质声散射截面积和纤维增强复合媒质中声衰减的计算方法。当纤维／母材界面层厚度与波长相比很小时，用两个劲度常数描述纤维与母材之间力学量的边界条件，得到了计算纤维增强媒质中声衰减的简化模型。本文还从数值上计算了纤维／铝复合媒质中超声纵波衰减与界面特性、超声频率的关系。     

漫反射各向异性散射介质内的温度热流场

本文采用射线踪迹结合节点分析法和谱带模型,研究了漫反射不透明边界下吸收、发射、各向异性散射介质内的热辐射传递过程。考虑介质辐射能的入射和散射方向,导出漫反射、不透明边界、各向异性散射介质的辐射传递系数。在辐射平衡的情况下,考察了表面发射率和散射反照率对介质内辐射热流和温度场的影响。研究表明,介质不透明边界处存在温度跃迁现象,而且,内界面发射率越大,相应界面温度跃迁越小。     

非均匀散射层矢量辐射传输(VRT)方程高阶散射解的迭代法

将散射介质层在z轴方向划分成薄层，用薄层的一阶散射强度、Fourier变换和迭代方法求解散射介质整层的矢量辐射传输(VRT)方程的高阶散射解.该方法将一阶散射与高阶散射迭代结合起来，计算公式简明，可计算高阶迭代解，计算时间少.计算结果与一层均匀散射介质的VRT方程一阶Mueller矩阵解、半空间均匀散射介质二阶Mueller矩阵解、以及离散坐标-特征值特征矢量法的VRT热辐射的数值解作了全面的比较.提出并讨论了非均匀散射层主动与被动VRT方程的高阶解.本计算程序可以通用于非球形粒子多层结构及非均匀介质的散射和热辐射计算. 关键词： VRT方程 分层 迭代解     

相干声线跟踪理论中的周期界面迭代散射 仿真方法*

界面声反射模拟是室内复杂声学现象仿真的关键。针对传统声学仿真方法对于周期散射结构存在条件下声场仿真精度较低的问题,本文发展了一种基于迭代散射模型的室内相干声线跟踪法。此方法以经典的相干声线跟踪法为基础,将室内中常见的周期散射结构进行几何形状上的简化处理,然后依据周期散射定理给出声波在界面上的散射方向及能量,并将原始声线迭代分裂为相应的散射子声线,继续对其跟踪处理,此迭代散射模型对周期散射结构上的界面散射现象进行了准确的模拟。数值验证结果表明,本文方法可以有效地在低频段提高室内声场仿真精度,可为具有复杂散射现象的室内仿真提供新思路。     

Mie理论在生物组织散射特性分析中的应用

根据等效颗粒散射模型，运用经典的Mie理论，对生物组织的散射相函数、各向异性因子及散射系数进行了数值计算.计算结果表明：可见光照射生物组织时，各向异性因子、散射系数随等效颗粒直径增大而增大；等效颗粒直径较小时，各向异性因子、散射系数随入射光波长增大而单调减小；随着等效颗粒直径增大，各向异性因子、散射系数随入射光波长变化不再具有单调性.上述计算结果可合理解释公布的实验结果. 关键词： 生物组织 散射 Mie理论 等效颗粒     

近似声斗篷的多层介质覆盖水中弹性球壳的声散射

对水中弹性球壳的低频覆盖层消声效果和消声机理进行研究。声斗篷(Acoustic cloak)是各向异性的超常材料,根据有效介质近似理论(Effective MediumApproximationTheory),采用各向同性多层介质近似各向异性材料的声斗篷,推导出覆盖多层介质水中弹性球壳散射声场的解析表达式,计算了弹性球壳覆盖多层介质前后的散射形态函数、谐振模态以及声场分布,分析了覆盖前后球壳的声散射特性和声传播机理。研究表明,覆盖层内的声波在多层介质之间的声传播方向发生改变,声场形成弯曲变形,声能流绕过目标,这不仅极大的降低了低频散射强度,而且使到达弹性体表面的声场强度非常小,散射频响中除了0阶子波产生的第一个谐振峰外,无法激发弹性球壳的其它谐振模态,有效的抑制弹性球壳的谐振散射。      

一种预测扩散声场在非规则形状刚性壁面附近干涉图样的方法

扩散声场会在反射边界附近形成干涉图样,研究方法包括平面波模型、简正模态分析、渐进模态分析等,但仅适用于尺度远大于声波波长的矩形声腔。提出一种预测扩散声场在非规则刚性壁面结构附近形成的干涉图样的数值方法,表明结构附近“受挡”声压的互谱矩阵取决于:(1)假定该结构在自由空间中振动辐射声音时其表面法向振速到表面及场点声压的边界元系数矩阵;(2)假定结构置于自由空间中且表面刚性时,点声源辐射声波入射到结构表面上产生的散射声场的边界元系数矩阵;(3)扩散声场均方声压。仿真表明,该途径预测的干涉图样与理论值完全吻合。该预测方法还可用于混响环境下声源附近直达声压均方值的空间分布估计,为混响环境下设备的声源定位提供帮助。      

高斯界面背向散射超声散斑复振幅统计特性

对超声入射在高斯型弱散射界面上时,背向散射空间中超声散斑复振幅的一些统计特性进行了理论分析,根据连续界面条件,推导出了散斑复振幅实部和虚部的均值和方差的函数表示式。进一步的分析表明,当高斯界面的粗糙程度逐渐变为很小或很大时,描述超声散斑复振幅这些特性的函数表示式就分别与光滑界面或强散射界面生成的声场相应特性的表示式完全一致。     

柱体散射的声场显示

本文应用schlieren显示方法,对有限长圆柱体在单一液体及有分层界面的两液层中声波垂直入射和斜入射的回波结构以及界面对回波结构的影响作了实验研究,实验用图象显示了影区内不连续处产生的回波,我们利用这一结果,成功地描绘了螺旋表面波的轨迹,从而实现了应用schlieren法来阐明三维声场的途径,避免了需要用庞大设备和复杂运算的三维显示技术。     

含石墨烯分界面有耗分层介质的传播矩阵

给出一种适用于含导电界面的有耗分层介质的传播矩阵方法.利用相位匹配原理给出斜入射时有耗介质波矢量的实部和虚部,二者方向不同使得在介质中传播非均匀平面波.根据边界条件,推导了跨越石墨烯界面的传播矩阵,以及"无限薄"石墨烯层的反透射系数解析式.最终将传播矩阵方法推广应用于含石墨烯界面的有耗分层介质情形,可用于快速解析分析分层介质与导电界面复合结构的反透射和电波传播特性.     

纺织纤维光散射特性的模拟与实验

纺织纤维的光散射特性在纺织材料微观结构、光学性质以及无损检测中至关重要。利用纺织纤维各向异性的结构特点改进现有的角谱展开法,得到纺织纤维对倾斜入射平面波的散射以及表征其光散射特性的Mueller矩阵。采用蒙特卡罗算法模拟了平行棉纤维束对倾斜入射偏振光的多次散射,并对其计算结果进行了实验验证。结果表明理论计算和实验测量的散射光斑在形状特征、光强分布上均一致,从而验证了蒙特卡洛方法模拟纺织纤维光散射的正确性。结果同时也表明蒙特卡罗方法在纺织材料光传播特性的理论研究中具有重要的指导意义。     

非均匀流体介质内部散射声场重建的逐层计算方法*

入射声波激励下非均匀流体介质内部散射声场的重建方法对超声层析成像具有重要意义。以往采用矩量法求解,但该方法全域离散形成的复数满秩矩阵规模随着分辨率与计算精度的提高而急剧增大,对算力具有很高的要求,一定程度上限制了其在实际中的应用。为克服上述缺陷,本文以逐层离散、逐层计算为核心思想,以声散射基本公式与近场声全息理论为基础,推导出逐层计算非均匀流体介质内部散射声场的理论公式并给出对应的几何离散模型。为验证该方法的可行性,以矩量法为参照,对同样的介质模型进行介质内部声场重构仿真。结果表明,逐层算法不仅可以有效地重建非均匀流体介质内部散射声场,且大幅度减小了求解规模。