水中目标二维亮点分布研究

众所周知，水中目标声散射近场具有时-空分布特性，它的特性可用目标的时间（即距离）-方位二维亮点分布来描述。本文介绍了这一基于声信道理论的原理。结合海试结果，讨论了几种主要目标声散射的机理及它们在目标二维亮点图中的表征。最后，给出了目标二维亮点分布的物理模型。     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中二维电子气的极化光学声子散射

Al Ga N/Ga N界面处的二维电子气迁移率是描述高电子迁移率晶体管特性的一个重要参数,极化光学声子散射是高温时限制二维电子气迁移率的主要散射机制.本文对极化光学声子散射进行计算,结果表明在二维电子气浓度为6×10~(11)—1×10~(13) cm~(–2),温度为200—400 K范围内,极化光学声子散射因素决定的迁移率随温度的变化近似为μPO=AT-α(α=3.5);由于Ga N中光学声子能量较大,吸收声子对迁移率的影响远大于发射声子的影响.进一步讨论了极化光学声子散射因素决定的迁移率随光学声子能量变化的趋势,表明增加极化光学声子能量可提高二维电子气的室温迁移率.     

二维Fermi液体理论

本文讨论了二维Fermi液体中的声传播,给出了零声和一次声的有关唯象结果;又根据量子多体理论,计算了准粒子的激发谱、寿命和有效质量.     

光声角谱法研究二维栅格光共振吸收

基于严格的电磁场理论,利用有限差分法来计算任意形状的二维栅格的光声共振吸收。为了模拟实验栅格,引入一种二维准正弦栅格剖面模型。并根据光声角谱实验结果进行理论计算,数值计算表明通过选取合适的栅格参数和形状因子,能很好地拟合实验曲线。     

二维Mo2C的晶格热导率的第一性原理研究

Mo2C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo2C二维材料声子输运的理解非常必要。文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo2C材料的晶格热导率。研究表明,室温下二维Mo2C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20 和 5.04 W/mK。计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献。还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo2C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响。     

二维费密液体理论(Ⅱ) ~3He朗道参数的计算

本文采用相关基波函数(CBF)方法研究了二维~3He液体的性质。基于集团展开利用配分函数的变分原理,将这一方法推广到有限温度情形。从Lennard-Jones势出发,在二级微扰近似下数值计算了二维~3He液体的基态能、准粒子谱和朗道参数。     

Mo2C二维材料晶格热导率的第一性原理研究

Mo₂C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo₂C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo₂C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维Mo₂C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo₂C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响.     

认知不确定二维声场的响应特性数值分析

针对声学参数存在认知不确定性的问题,为实现认知不确定声场声压响应的预测。提出了解决二维认知不确定声场的有限元法(Evidence Theory-based Finite Element Method,ETFEM),引入证据理论,采用焦元和基本可信度的概念来描述认知不确定参数,基于摄动法的区间分析技术,推导了认知不确定声场声压响应的标准差、期望求解公式。为验证本文方法的可行性。以认知不确定参数下的二维管道声场模型和某轿车二维声腔模型为例进行了数值计算,对比离散随机变量得到认知不确定参数的声场分析结果和相应的随机声场所得分析结果,研究表明:该方法能够有效的处理认知不确定参数下的二维声场,为工程问题中噪声预测提供可靠的分析模型。      

二维费密液体理论(Ⅱ)——3He朗道参数的计算

本文采用相关基波函数(CBF)方法研究了二维³He液体的性质。基于集团展开利用配分函数的变分原理,将这一方法推广到有限温度情形。从Lennard-Jones势出发,在二级微扰近似下数值计算了二维³He液体的基态能、准粒子谱和朗道参数。 关键词：     

大弹性常数差二维声子晶体带隙计算中的集中质量法

通过引入振动力学中的连续系统离散化的思想，将一维集中质量法延伸至二维，提出一种二维声子晶体带隙特性计算的集中质量法. 进而采用该算法对两种正方晶格的二维声子晶体的带结构进行了计算，计算结果与传统的平面波展开法相符合. 通过对计算结果以及两种算法收敛性的分析，发现集中质量法的收敛性对组成声子晶体的不同材料弹性参数差不敏感，这使得该算法在计算大弹性常数差二维声子晶体的带隙特性时较平面波展开法收敛速度更快. 此外，集中质量法对二维声子晶体单元形状没有特殊要求，这使得它更加适用于声子晶体带隙特性的计算. 关键词： 声子晶体 声子带隙 集中质量法     

地声参数及传播损失不确定性估计与建模

地声参数的不确定性对水声传播具有重要的影响。通过贝叶斯理论建立水声环境不确定性推理模型,理论推导了地声参数的似然函数以及地声参数和传播损失的后验概率密度,并采用MCMC(Markov Chain Monte Carlo)进行了仿真计算,给出了地声参数的二维后验联合概率密度和一维边缘概率密度,在此基础上对传播损失的不确定性进行了估计,得到了传播损失80%的可信区间。仿真和实验结果表明,该方法适用于地声参数反演和不确定性估计,并能获取因地声参数不确定性导致的传播损失不确定性估计。     

含气泡液体中声传播的解析解及其强非线性声特性

声波在含气泡的液体中传播时,气泡的受迫振动会引起强的声散射,并且由于振动的非线性,使得气泡产生的次级波不仅含有基频成分,而且还会有高次谐波。本文从理论上描述了气泡个数随尺并给出了含气泡液体的等效非线性声参数Ｂ／Ａ的计算公式理论与已有的实验观测符合较好,文中对含气泡水的声速和声衰减等特性也进行了讨论。     

二维材料及其异质结的声子物理研究

声子是固体最重要的元激发之一,是理解材料摩尔热容、德拜温度以及热膨胀系数等热力学性质的基础,同时电声子相互作用也决定了固体的电导和超导等特性。拉曼光谱是表征固体声子物理的重要实验手段,不仅能表征材料的结构和质量,还能提供材料声子性质、电子能带结构、电声耦合等信息。文章将拉曼光谱应用于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的声子物理研究。先简单介绍二维材料的层间振动声子模式和层内振动声子模式,其中层间振动声子模式的频率可用线性链模型来计算,而强度则可用层间键极化率模型来解释;同类层内振动声子模式的Davydov劈裂峰之间的频率差异可用范德瓦尔斯模型拟合。随后,将这些模型推广到二维范德瓦尔斯异质结中,以转角多层石墨烯、MoS_2/石墨烯和hBN/WS_2为例介绍了范德瓦尔斯异质结的声子谱,阐述如何应用线性链模型和经典键极化率模型计算层间振动模的频率和强度,并由此给出二维范德瓦尔斯异质结的界面耦合强度和各层间呼吸模的电声耦合强度等重要参数。     

一种基于声矢量传感器阵的宽带源二维波达方向估计算法

提出一种基于声矢量传感器阵的宽带源二维波达方向估计算法,在宽带相干源条件下实现了二维波达方向估计参数的自动配对。克服了通常声矢量传感器阵波达方向估计中存在的谱峰搜索和参数配对问题。分析表明:该算法能够可靠判定目标源的个数,具有较高的估计精度;不受目标波达方向角度间存在兼并(入射源含有相同的方位角或俯仰角)的影响;当存在阵列误差时,算法的稳健性好。     

基于声子晶体位错理论的二维超声塑料焊接系统

为了有效改善二维工具头辐射面振幅分布不均匀的问题,对二维超声塑料焊接系统进行了优化设计研究:首先,利用横向位错在大尺寸长条形工具头上构造近周期声子晶体同质位错结,调节带隙的宽度和位置,使得二维超声塑料焊接系统的工作频率位于工具头的横向振动的带隙内,进而有效地控制工具头X方向的横向振动;其次,利用近周期声子晶体斜槽结构进一步优化辐射面的振幅分布均匀度,并分析了斜槽结构参数对超声塑料焊接系统纵向共振频率和振幅分布均匀度的影响规律.模拟仿真结果表明,近周期声子晶体同质位错结和斜槽结构能够实现对二维超声塑料焊接系统的优化,为横向振动抑制理论的进一步研究提供了基础.     

孔洞缺陷对二维石墨烯/氮化硼横向异质结热传导的调控

本文采用孔洞缺陷来实现对二维石墨烯/氮化硼横向异质结热导率的调控.平衡态分子动力学(EMD)计算结果表明，界面孔洞的引入会降低二维石墨烯/氮化硼横向异质结的热导率.相较于有序的孔洞分布，无序的孔洞分布能够更有效地降低异质结的热导率，这一现象可通过声子安德森局域化来解释.孔洞缺陷的存在导致声子的频率和波失发生变化，从而使声子散射变得更加频繁，孔洞随机分布时，则导致声子波在材料中发生多次反射和散射，最终形成局域振动模式.本研究揭示了孔洞缺陷降低二维石墨烯/氮化硼横向异质结热导率的物理机制，对二维热电材料的结构设计有一定的指导意义.     

低温下二维绝缘铁磁体的磁振子软化

在二维正方绝缘铁磁系统基础上建立了一个磁振子-声子相互作用模型.利用格林函数方法研 究了磁振子-声子相互作用下的二维绝缘铁磁体的磁振子谱, 计算了布里渊区的主要对称点 线上的磁振子色散曲线.发现在布里渊区边界区域磁振子谱的软化和磁振子谱线增宽最明显. 比较了纵向声子与横向声子对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响，也讨论了各项参数 的变化对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响. 关键词： 磁振子-声子相互作用 磁振子软化 铁磁体 磁振子谱线增宽     

近场反卷积聚焦波束形成声图测量

为了提高声图测量中对多个声源的分辨能力和定位精度,给出了一种近场二维反卷积聚焦波束形成声图测量方法。推导了水下声图测量的广义卷积模型,根据声图测量中点传播函数移变但可预测的特点,通过预存点传播函数字典的方式,将波束形成过程中的卷积问题转化成叠加积分问题,并应用二维Richardson-Lucy迭代算法实现了二维移变模型情况下的近场二维反卷积求解,从而实现高分辨声图测量。通过仿真和海试对比了反卷积、常规声图测量和MVDR声图测量的性能,结果表明反卷积算法在500次迭代情况下聚焦峰尺度小于另外两种算法的1/2,旁瓣级下降超过6 dB.      

液体火箭发动机中声腔抑制不稳定燃烧的声学分析

发展了声腔的分析和数值模型,对液体火箭发动机不稳定燃烧的抑制作用进行了评定,通过迭代计算研究了二维流动和温度分布变化对声腔调 谐和稳定性能的影响,对不同的声腔几何尺寸和温度梯度的稳定性计算结果表明,燃烧带有较大开口面积的声腔会更大程度地改变振荡的空间分布,这种改变而且影响了驱动和抑制燃烧的机理,讨论了在声腔设计安排中正确选择声腔的几何尺寸,且比较了不同长度和不同直径声腔的阻尼特性,通过考察声吸收系统的方法来最优化系统的阻尼,得到了可供设计参考的结论。     

流体通过涡激振动机翼的声辐射研究

为了有效地降低涡激噪声,研究了粘性流体通过涡激振动机翼的声辐射。采用Navier-Stokes方程描述二维机翼的流固耦合运动,用弹簧系统代替实际固体变形产生的回复力和力矩,翼型的运动是两个自由度,即垂直于来流的振荡和转动振荡;为了模拟涡激振动,机翼的初始攻角取得比较大,以便产生周期性的旋涡脱落及周期性的流体动力,后者与弹簧系统相耦合,引起振动,用Lighthill声比拟方法研究了由此引起的声辐射。计算结果表明:当涡脱频率和机翼的固有的振动频率一致时,发生锁定的现象,此时的声辐射达到最大。