奇异点展开法(SEM)与共振散射理论(RST)之间的联系

近年来,在声散射问题中提出了两种理论:奇异点展开法(SEM)和共振散射理论(RST)。本文建立这两种理论之间的联系,以水中弹性柱和球的散射为例,我们证明RST可以直接从SEM导出,因此两者是等价的。首先从总散射波中分离出刚性背景,然后应用Mittag-Leffler定理将纯弹性散射波展开成严格共振公式。我们特别证明,对于大多数水中实弹性体,再辐射效率和共振宽度近似地正比于相应极点的虚部,这说明共振散射特性可以整个地由复频率极点确定。因此,目前的分析允许对RST有更深的理解。对于水中铝柱和钨碳球的情况,我们用新的共振公式计算了分波形态函数,其结果与严格计算符合良好。     

平面声波斜入射到水中无限长圆柱壳体的纯弹性共振散射

斜入射情况下水中弹性圆柱壳体的共振声散射问题至今还很少被研究。本文导出了平面声波斜入射时水中无限长圆柱壳体纯弹性共振散射函数的简单而明显的表达式。针对中空铝圆柱壳体（ｂ／ａ＝０．８）详细计算了不同入射角时纯弹性共振散射的分波共振谱，同时还给出了远场反向散射形态函数及其刚硬背景隔离，发现形态函数受吻合频率的影响很大。文中详细计算了斜入射时无固次复频率平面上的共振复极点分布，并由此计算了不同入射角时各阶共振模式，特别是附加共振模式所对应螺旋环绕波的相速度频散曲线。这些结果十分有助于认识声波斜入射下圆柱壳体的共振和再辐射的物理本质。     

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。      

湍流边界层压力起伏激励下弹性板的噪声辐射

本文提出一个统一的理论计算湍流边界层压力起伏激励下无限大弹性板的噪声辐射。用波数-频率谱传递函数表征包括弹性板和流体负荷在内的整个系统的特性,导出了噪声场互谱函数的一般表示式。这是复波数平面上的一个积分,它可以归结为两类极点的留数和。由于压力起伏的迁移峰引入的极点产生直接传递的噪声场,它在流体中呈现为渐消的非均匀波,因为这个极点处在高波数区。另一些由于结构传递函数引起的极点产生带有流体负荷的板的共振辐射场。这些极点的位置和留数可以用共振散射理论进行近似计算。对于水动力噪声情况,感兴趣的频率厚度乘积相当低,这时零阶对称模式对噪声辐射起主要作用。     

水中弹性结构声散射和声辐射机理——结构和水的声-振耦合作用

从三个方面综述水中弹性结构声散射和声辐射的机理,特别强调声-振耦合或流体负荷作用。首先从阻抗的角度讨论声-振耦合作用。对于典型问题散射和辐射声场可以用阻抗的形式表示,系统的总阻抗等于机械阻抗和辐射声阻抗之和。表面振速只依赖于总阻抗,而声辐射依赖于辐射声阻抗与总阻抗之比。总阻抗等于零给出系统的特征方程,方程的根就是声场函数的极点。其次应用共振散射和辐射理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种共振再辐射模态的叠加,从振动的角度揭示声-振耦合机理。已经证明,模态的再辐射效率近似正比于复频率极点的虚部。第三,应用基于Sommerfeld-Watson变换的表面弹性波理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种表面弹性波-环绕波的再辐射的叠加,从波动的角度揭示声-振耦合机理。也可以证明,环绕波的再辐射效率近似正比于复波数极点的虚部。     

水中弹性球壳的共振声辐射理论

为了深入认识水中结构的声辐射机理,木文提出一个称为共振辐射理论（ResonanceRadiationTheory－RRT）的新理论。它是由共振散射理论（ResonanceScatterinyTheory－RST）推广得到的。对于一个在内壁简谐力激励下的水中弹性球壳,从经典的Rayleish简正级数解出发导出了共振辐射公式。水中薄钢球壳的辐射分波的数值计算表明,辐射形态函数与散射形态函数相似。由复共振极点参数按照共振辐射公式合成的辐射声功率曲线与严格理论的计算结果符合良好。     

有吸收流体介质中典型弹性壳体的共振散射

研究了环境流体有吸收时弹性球壳和圆柱壳的共振散射特性。利用严格弹性理论和分离变量法导出的经典简正级数解仍然成立。但是,散射形态函数要根据介质吸收而进行修正,否则将得到不合理的结果。重新定义了有吸收介质中的反向散射形态函数,计算了各种吸收条件下中空和有固体填充物的弹性球壳和圆柱壳的形态函数。结果表明,环境流体的吸收导致中频段的吻合共振显著减弱,但对壳内填充物的低频共振影响较小。     

充水圆柱壳声散射的环绕波分析

研究了内部充水圆柱壳散射声场的构成。采用弹性薄壳理论和Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法导出散射声场的解析解。数值搜索环绕波的复波数极点,比较圆柱壳体内部真空和内部充水两种情况下表面环绕波的相速度、衰减等性质。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。计算流体附加环绕波的回波时序并与实验数据对照。结果表明,流体附加环绕波的再辐射是内部充水圆柱壳的形态函数出现更加丰富的共振峰和回波结构形成的重要原因。      

水中有限弹性柱的回波结构

本文研究短脉冲从有限弹性圆柱上的回波结构。强调指出,在倾斜入射情况下回波仍然包括两类散射波:(1)几何散射波,即棱角波。(2)弹性散射波,即与柱体的弹性有关的波。几何散射波是由柱体的几何不连续性反射的波,它基本上与物体的材料无关,利用Kirchhoft近似可以导出刚性柱棱角波的完整表示式。倾斜入射情况下的弹性散射波不同于无限长柱的环绕波。实验观测到两类由弹性表面波的再辐射产生的回波:径向表面反向散射波和纵向表面反向散射波。这是根据回波的出现时间和倾角,以及空气中的对比实验而辨认的。它们是由沿径向和纵向反向传播的Rayleigh波的再辐射产生的。     

极化电子被极化质子的深度非弹性散射的辐射修正

本文推导了极化电子被极化质子的深度非弹性散射的辐射修正公式, 其中包括了极化e-p散射的弹性尾巴的精确公式和非弹性散射辐射修正的峰值近似公式.     

水下掩埋目标的散射声场计算与实验

水下掩埋目标声散射问题是识别和探测掩埋目标的理论基础, 是声散射研究领域的热点问题. 本文基于射线声学推导了掩埋情况下目标声散射计算的格林函数近似式, 并在此基础上进一步给出了相应的远场积分公式. 在有限元方法的基础上, 将推导得到的公式写入有限元仿真软件, 对软件功能进行拓展, 构建二维轴对称目标的声散射模型, 并计算掩埋情况下弹性实心球在不同条件下的目标强度, 获得了其散射声场随频率、掩埋深度、沙层吸收系数等参数的变化规律. 开展实心球的自由空间和浅掩埋条件下水池声散射实验, 利用共振隔离技术处理实验数据, 提取目标声散射的纯弹性共振特征进行分析, 结果表明可将其用于掩埋目标识别和探测. 最后利用总散射声场与理论计算结果进行对比, 验证了理论仿真的正确性.     

球形粒子在Bessel波束照射下的轴向辐射力计算和分析

通过声散射理论,将水中粒子的Bessel波束声散射场的分波序列(PWS)表达公式加以推广,进而推导出声辐射力的表达公式,获得了液体球及弹性球在Bessel波束下声辐射力的变化规律。通过观察不同散射角形态函数,可发现声辐射力的产生与粒子背向散射抑制程度有关。对于液体球粒子,球壳厚度及材料介质对粒子声辐射力有着重要的影响,同时Bessel波束波锥角越大,产生负声辐射力的可能性越大。对于弹性球和弹性单层壳粒子,声辐射力的产生与其本身的共振特征存在很大的关系。同时,通过改变球壳内介质及壳层厚度的方法,可增加产生的负声辐射力的频率范围及幅值强度.      

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     

水下三弹性柱壳耦合声散射特性研究

为研究3个并排无限长弹性圆柱壳受垂直于柱轴方向的平面声波作用的声散射特性,采用Fourier级数展开法建立了圆柱壳声散射数学物理模型,考虑了三圆柱壳弹性振动声辐射和刚性声散射,建立了3个壳体辐射声场和刚性散射声场的耦合作用关系,比对了等效散射强度的刚性散射分量与弹性散射分量,并分析了三壳体等效散射强度特性。计算结果表明:当ka₂>40,在频率f=3000 Hz以上频段,弹性分量对等效散射强度变化趋势的贡献可以忽略。当ka₂>30,在频率f=2400 Hz以上频段,弹性散射分量对等效散射强度影响不超过3 dB;三壳与单壳的等效散射强度在0°入射角方位相当,其它方位三壳体等效散射强度明显大于单壳体。本文的理论公式可推广到任意数量阻抗柱的声透射和声反射问题。      

硫化锰电子结构的软X射线共振非弹性散射研究

利用软X射线共振非弹性散射谱(resonant inelastic soft X-ray scattering, RIXS)对3d过渡金属硫化物中的硫化锰(MnS)电子结构进行了研究.通过分析Mn²⁺的2p⁶3d⁵→2p⁵3d⁶→2p⁶3d⁵二次光子过程，得到了共振非弹性散射谱中的两类非弹性峰，d-d电子跃迁和电荷转移(charge-transfer)跃迁.这两部分跃迁分别共振增强于L边附近及伴随峰附近.基于Hartree-Fock方法的多重态计算分别模拟了原子近似下和立方体O_h对称群下共振非弹性散射谱及吸收谱.计算得MnS实际晶体场10Dq值介于0.80eV—0.85eV之间.对MnS和MnO CT跃迁差异的讨论表明MnS较强的CT跃迁来源于其较窄的能隙宽度. 关键词： 软X射线共振非弹性散射 软X射线吸收谱 d-d跃迁 电荷转移     

等离子体中电子弹性散射截面及电导率计算

本文研究了近理想等离子体中的电子弹性散射过程．利用Debye-Htickel模型考虑等离子体环境对电子与离子间相互作用的屏蔽效应．结合分波法计算了不同Debye长度情况下，电子与不同核电荷数离子散射的分波相移和微分散射截面．研究了散射波函数、分波相移和微分截面随等离子体屏蔽参数的变化规律．最后，基于Spitzer公式，初步讨论了分波法计算的等离子体的电导率与卢瑟福公式计算的电导率之间的区别．     

共振光散射的时间量子理论

本文发展了Ｓｃｈｏｍｍｅｒｓ的时间观点，定义了时间，尤其是表征量子系统光散射的散射时间和共振散射时间。通过散射时间本征态的假定实现了散射时间的量子化，得到了量子化的共振散射时间。对原子的弹性光散射和Ｒａｍａｎ散射的成功应用推出了原子和原子的价电子逐级电离所形成的离子的所有原子能级的普适近似公式。     

超冷钠原子弹性散射特性的精确计算

基于精确的原子之间相互作用势,系统研究了钠原子在超冷温度下的弹性散射特性,精确计算了钠原子间碰撞时的s波散射长度、有效力程、p波散射长度以及束缚态数目等散射参数.超冷温度下单重态和三重态原子间的弹性散射截面主要为s波贡献,随着碰撞能量的增加散射截面有丰富的形状共振出现,计算发现单重态和三重态散射截面分别存在显著的f波和i波形状共振.应用简并内态近似方法获得了超精细态相互作用时的s波散射长度,所得结果与精确值比较符合.     

局部固体填充的水中复杂目标声散射计算与实验

利用二维有限元方法研究水中局部填充的带球冠柱体目标声散射特性,所采用的数值方法可高效地实现精细化、宽带、复杂轴对称模型散射声场计算.根据数值结果解释壳体、填充物以及入射方位对目标散射远场的影响,确定复杂目标散射研究中所必须考虑的重要物理和几何构成.完成水中悬浮目标自由场声散射实验,收发合置条件下将目标旋转360?接收并测量不同传播路径回波到达时刻得到距离-角度伪彩色图像.以表面环绕波和"回廊波"产生理论为基础,解释内真空和局部填充模型正横入射时目标散射信号中几何回波和各种弹性波成分产生的机理.由于固体填充与弹性壳的耦合作用,频率-角度谱的正横方向两侧呈现外八字"碗"形共振曲线.通过对比,理论计算和实验得到的散射函数关键频谱峰值特性符合较好.     

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.