水下多层均匀材料的声特性

本文研究水和空气中由不同厚度的两层弹性板及消声橡胶共同组成的分层介质在斜入射时的声特性,并采用数值方法求解多层结构声场的线性方程组。得到反射,透射系数,当板的厚度远小于波长时,采用弹性薄壳振动模型和弹性波模型进行计算,它们的结果基本相同,但是薄壳振动模型更便于计算和理论分析;对系统反射系数和透射系数的计算结果表明,系统增加消声橡胶层后,极大地改变后射系数和透射系数的频率响应;频率升高,反射系数减小     

周期性加隔板有限长圆柱壳声散射

研究内部真空周期性加隔板圆柱壳在水中的声散射特性.壳体振动用薄壳理论的Donnell方程描述,隔板振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述.考虑轴向、切向、径向三个方向的力和弯矩共同作用导出了散射声场的解析表达式.数值计算给出远场收发合置情况下的角度-频率谱图,并据此进行机理分析.通过与内部周期性加环肋圆柱壳声散射的角度-频率谱图比较发现,除周期加肋产生的Bragg散射波与弯曲Bloch-Floquet波外,加隔板的情况还存在明显的隔板共振亮线,并且发生隔板共振与壳体弹性波、Bragg散射波、弯曲Bloch-Floquet波耦合的现象.通过实验对理论进行了验证,在实验的频率范围内,Bragg散射亮线与理论符合得很好,部分Bloch-Floquet波散射亮线和隔板共振散射亮线也与理论符合.     

双层周期加肋有限长圆柱壳声散射精细特征研究

研究了双层周期性加肋有限长圆柱壳在水中的声散射特性. 壳体振动用薄壳理论的Donnell 方程描述,环肋振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述,忽略弦间流体对环肋轴向力的作用. 数值计算给出远场收发合置情况下的周向目标强度和角度-频率谱图,并据此进行机理分析. 计算结果表明远场散射声场中除壳体弹性贡献外,弦间流体以及环肋与内外壳的相互作用对散射声场的贡献也是很重要的,并且在角度-频率谱中出现了舷间流体引起的流体附加波以及周期环肋引起的Bragg散射等回波精细特征,其中流体附加波是双层加肋圆柱壳声散射最重要的散射精细特征,是以往单层圆柱壳声散射所不具有的现象. 最后通过实验对理论推导进行了验证,实验与理论基本符合. 关键词： 声散射 圆柱壳 环肋 流体附加波     

压电圆管换能器振动特性的薄壳理论分析

本文运用弹性力学中的薄壳理论，分析了径向极化压电陶瓷圆管换能器的振动特性，并在此基础上推导出换能器等效电路的特性阻抗，为换能器的设计提供了依据。分析及计算结果表明，本文的理论与以往常用的薄膜理论相比，不仅在物理模型的描述上更为完整准确，在计算精度上也更接近实际。     

弹性薄壁杆件的振动理论

一.前言 本文基于与前文相同的假设,处理了弹性薄壁杆件的一般振动问题。本文的结果说明,在一般场合,薄壁杆件的振动是空间弯扭振动和轴向振动的联合。对应于一定的弯扭振动形式,可以有无限多个自由振动的频率,它们对应于不同的轴向振动形式。按照符拉索夫的理论计算所得的频率相当于我们的最低频率,但前者一般高于后者。     

扬声器辐射体旋转薄壳的非线性振动方程

推导了扬声器辐射体旋转薄壳的离散非线性振动方程。从虚功原理出发,选用扬声器辐射体旋转薄壳的本征模态对连续体进行离散。薄壳的几何非线性采用Sanders非线性薄壳理论的应变一位移关系。方程系数由有限元方法确定。方程表明轴对称模态由驱动力直接激励,非轴对称模态由轴对称模态非线性耦合激励,该耦合激励表现为参数激励。方程揭示了扬声器非线性失真的机制,可用于分析扬声器辐射体薄壳非线性引起的谐波失真、分谐波失真和互调失真。      

考虑铺层角的复合材料圆柱壳自由振动三维弹性准确解

为了获得任意角度铺层的多层复合材料圆柱壳的自由振动准确解,在三维弹性理论的基础上,结合分层理论和状态空间法,建立横向位移和应力的传递矩阵,轴向和环向位移采用双螺旋模式的位移函数,对任意角度铺层复合材料圆柱壳简支边界条件下的自由振动进行了理论推导,得到了自由振动方程的精确形式。与文献理论解和有限元计算结果对比,结果表明,关注频率在2倍的环频率以下时,薄壳的固有频率计算精度能控制在1%以内,厚壳的固有频率计算精度能控制在2%以内。对于厚壳的计算可将壳体沿厚度方向划分为多层来处理,这样能有效提高计算精度。计算分析了铺层角对壳体固有频率的影响,环向模态数较低时,固有频率随着铺层角的增加呈抛物线变化趋势;环向模态数较高时,固有频率随着铺层角的增大单调递增。该理论方法同样适用于均质各向同性壳和正交各向异性圆柱壳。      

水声作用下矩形弹性-粘弹性复合板的振动和散射声近场(Ⅰ)——矩形复合板的振动分析

本文根据弹性理论最小势能原理和变分技术,确定不同弹性材料层胶合的复合板弯曲运动时的中和面位置,并引人复合板的等效弹性常数和等效质量,从而导出复合薄板弯曲振动方程和边界条件的简洁形式;跟据粘弹性理论还得出:粘弹性层和弹性层复合板的振动方程;采用模态分析和傅里叶变换法给出矩形复合薄板自由振动和强迫振动的一般分析解;以钢板作为基板,进行数值计算得出不同厚度、不同材料覆盖层的复合板的等效刚度、泊松比和面密度,以及简支条件下简正模式的阻尼常数、阻力系数和固有频率。     

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。      

同向振动L-L振动方向变换器的等效电路

基于表观弹性法和机电类比原理,推导了L-L振动方向变换器正交复合振动系统的机电等效电路及谐振频率方程。分别利用等效电路法、波动方程法,通过有限元法计算并结合实验测试分析了变换器同向振动的共振频率与其纵向及横向尺寸的变化规律。研究表明,变换器做同向振动时的共振频率随其纵向尺寸的增加而减小,随其横向尺寸的增加而增大;比较三种方法计算结果可知,本文给出的等效电路模型计算结果和有限元仿真结果均与实验测试结果相吻合,为该类超声振动系统的设计提供较为精确的设计理论。     

管内流速对充液壳输入能量流的影响

分析一弹性薄壁充液圆柱壳，从Fugge壳体方程和均匀流场中的声波方程出发，利用边界条件；推导出声振耦合系统的频散方程。用傅氏变换求得在周向简谐力作用下输入能量流的表达式，并用沿复波数域的纯实轴进行数值积分的方法求得其结果，管内流体流速对结果的影响也进行了讨论与分析。     

传递矩阵法预报时空随机激励下任意薄壳腔体内部噪声

利用结构有限元结合声有限元及边界元方法,建立了任意薄壳腔体弹性壳板振动与内外声场的耦合模型,并计算了激励力与壳板振动和内部声场之间的传递矩阵;湍流边界层脉动压力具有时空随机面激励特性,引入整体形状函数矩阵,进一步推导弹性壳板广义节点力功率谱密度函数矩阵与随机面分布激励力功率谱密度函数的关系,再利用声振耦合传递矩阵,得到弹性壳板振动和内部声场功率谱密度函数与广义节点力功率谱密度函数矩阵的关系,形成随机分布激励下任意薄壳腔体结构振动及内部声场的计算方法。以典型的内外均有声介质且一面为弹性矩形板的矩形腔声振耦合模型为例,计算了弹性壳板振动和内部声场功率谱密度函数,并与解析方法进行了比较,两者基本吻合,偏差分别为1 dB和2 dB左右。传递矩阵法不受腔体结构及其内部区域形状的制约,具有良好的适用性。      

圆柱形水下爆炸实验容器壁部强度设计研究

 基于薄壁壳理论和水下爆炸理论,对圆柱形水下爆炸实验容器在爆炸冲击波作用下弹性范围内的壁部应变进行了理论分析和实验研究。导出了圆柱形水下爆炸实验容器在爆炸冲击波作用下壁部弹性应变与容器直径、壁厚及内部爆炸药量之间的关系,并对计算结果进行了实验验证。实验表明公式求解结果与实验结果具有较好的一致性。     

纵向激发圆柱体超声频耦合振动的等效线路及其分析

本文利用表观弹性法的理论,得出了圆柱体耦合振动的一种等效线路,讨论了圆柱体耦合振动的频率方程及负载阻抗对振动频率的影响,计算了圆柱振动输入机械阻抗以及径向与纵向表观振速比随其几何尺寸变化的关系曲线.分析及计算结果表明,利用等效线路分析圆柱体的耦合振动,物理意义明显,计算简单,是分析及合理设计圆柱振动体的一种很方便的途径.     

磁流变液构成的类梯度结构振动传递特性

提出了一种磁流变液构成的类梯度结构,并通过理论建模、数值计算和实验研究了该结构的振动传递特性.磁流变液在磁场作用下具有液固转换的特殊理化性质,而液固转换过程就是磁流变液的振动传递阻抗变化过程.因此,基于磁流变液的这一特性,通过控制磁场,构建了类梯度结构.基于弹性波传递的一维波动方程,建立了垂直入射的弹性波在类梯度结构中传递的波动方程.然后,使用连续介质的离散化方法和传递矩阵法进行求解,得到振级落差的表达式,对其进行数值计算,分析类梯度结构的振级落差随弹性波频率和磁场强度的变化趋势.最后,对类梯度结构的振动传递特性进行了实验研究,分析了磁场强度对类梯度结构振动传递特性的影响.研究结果表明,与均匀场作用的磁流变液相比,类梯度结构对弹性波的衰减效果更好,且该结构具备良好的可调控特性.     

有限尺寸压电陶瓷圆板的耦合振动

本文从压电陶瓷圆板的二维运动方程出发,在进行分离变量后可得到仅依赖于轴向坐标z的方程。然后根据边界条件用伴随法求解,从而得到了依赖于径向扩张基频的振动频谱。我们再从厚度振动的基频出发,求其径向扩张振动的频谱。由计算结果看出,压电陶瓷圆板的径向和轴向振动频谱不但与其压电、介电、弹性常数有关,而且它们二者之间也相互影响,即是所谓的“耦合”关系。为了验证理论的正确性,作者计算了一个实例,计算结果与实测虽符合得不很好,但比一维理论确好得多,而所取材料参数的误差也是引起误差的一个重要因素。     

超声管形振子的振动分析

基于Flügge壳体理论,利用严格解法得出了自由边界条件下超声管形振子纵径耦合振动的频率方程,研究了长径比、径厚比及泊松比等参数对振子振动频率的影响,并和薄膜简支边界条件下的振动情况进行了对比;通过与表观弹性法进行比较研究,探讨了表观弹性法的精度;最后用严格解法计算了管形振子的振型曲线,对其纵径转换效率进行了分析.研究...     

径向复合圆柱压电超声换能器

提出一种三元径向复合圆柱压电超声换能器,并对其径向振动特性进行了研究。基于弹性力学理论及机电类比原理,导出了柱坐标系中分割处理径向极化压电陶瓷管准厚度模振动及薄壁短圆管径向振动的机电等效电路;利用径向力和振速连续的边界条件,得出了径向复合圆柱压电换能器系统的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器径向共振频率及有效机电耦合系数随其几何尺寸的变化关系。研究表明,换能器的径向共振频率及有效机电耦合系数随其内芯半径和预应力管壁厚度增大而降低。研制了一些径向复合圆柱压电换能器,并对其径向共振频率进行了测试。结果表明,理论与实验结果基本一致。      

弹性薄圆环的超声频径向振动及其等效电路研究

对各向同性弹性薄圆环的径向振动进行了研究,得出了其等效电路。在此基础上,推出了其径向振动的频率方程以及振子的共振频率的表达式,利用数值法得出了不同材料弹性薄圆环径向振动频率方程的一系列根。经过拟合,得出了频率方程的根与振子材料的泊松系数的拟合关系曲线,从而大大方便了径向振动薄圆环的工程设计及计算。     

Couette颗粒系统中静态应力和侧压力系数的非线性弹性理论分析

经典弹性理论能否适用于静态颗粒物质是颗粒物理的一个基本问题.报道了非线性颗粒弹性方程对环柱几何(或称Couette几何)状样品中应力分布的计算结果.由于这些结果大都可在今后用实验直接测量,因而可将它们用于进一步判断这些弹性方程对颗粒材料的适用性以及澄清这个基本问题.另外,这些结果还可用于分析计算工程中的侧压力系数. 关键词： 颗粒物质 侧压力系数 非线性弹性理论