用物理声学方法计算界面附近目标的回波

用物理声学（KIRCHHOFF近似）方法研究界面附近目标的声散射。导出了计算形态函数或目标强度的积分表示式．所产生的散射场由三部分组成：（1）不存在界面时目标的散射场;（2）入射或散射波之一经受界面反射时的散射场,如同双站散射场;（3）目标相对于界面的镜象产生的散射场,其中入射和散射波都经受界面反射．对于一个自由界面下的刚硬球,数值比较说明本文的方法与严格的解析方法符合良好．本文提供了一种计算沉浸在海面下或躺在海底上的水下目标的回波计算方法．     

SPH方法气-液界面边界条件研究

针对界面附近粒子光滑函数截断和非物理穿透问题,提出一种气-液界面边界条件的处理方法.当界面附近支持域出现不同材料粒子,每步计算可在支持域设置虚粒子,按照密度分配方法给虚粒子物理量赋值,并对界面附近粒子引入气-液两相阻力.采用SPH方法和Level-Set方法,计算运动激波对气-液界面作用问题,两者计算结果一致,初步验证了气-液界面边界条件处理的适用性.用SPH方法分别计算超声速气流中的圆截面液柱绕流和下落问题,界面两侧粒子压力和法向速度连续,给出弓形激波、回流区和下游回流区等定性合理结果.表明本文方法可适度避免界面附近流体粒子光滑截断和粒子非物理穿透现象、界面附近流场数值振荡.     

冲击压缩后热传导的理论研究

 冲击压缩后的界面温度和界面附近的温度历史用Cattaneo热传导理论作了计算，并与Fourier热传导理论的结果作了比较。分析了热弛豫时间常数对界面温度的影响。     

气泡线性振动时近海面气泡群的声散射

海洋中的不同成因的气泡群是常见的水下声学目标及声呐混响源,因此对水下气泡群进行声学建模意义重大。利用有效媒质理论描述气泡群内部的相速度及声衰减变化,并考虑到海洋中气泡群往往产生于不同界面附近,进一步利用球面波叠加原理描述海面对气泡群散射声波的再辐射,导出了平海面作用下气泡群声散射截面的一般表达式,建立了其声散射模型,研究了单一尺寸及混合尺寸气泡群的声学特性。数值分析表明,气泡群的谐振频率会随其半径或孔隙率增加而降低;由于海面的存在,气泡群声散射截面会随频率进行周期性变化,且随气泡群远离海面,这一变化逐渐加剧。此外,若气泡的黏滞阻尼项在全部阻尼项中占比较高,气泡群声散射强度会在谐振频率附近存在起伏振荡。该模型可为近海面鱼群、气泡羽流及海底泄漏的甲烷气体的声学建模提供一定的理论基础。     

合金元素对TiC/奥氏体界面稳定性影响的第一性原理计算

界面结合强度与材料的强度、硬度、耐磨损、耐腐蚀等性能息息相关,TiC是钢中常见的析出相,研究它与铁基体的界面结合状态,探寻合理的界面强度提升方案,对提升钢的性能具有十分重要的理论意义和应用价值.本文以TiC/奥氏体基体界面为研究对象,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法从原子尺度上研究TiC/奥氏体基体界面的结合状态.首先本文对界面结合强度以及电子结构进行了计算分析,之后进行高通量计算,研究过渡族金属元素(Mn、Tc、Re、Ru、Os、Co、Rh和Ir)在TiC/奥氏体基体界面的偏析行为及其对界面结合强度的影响,最后通过差分电荷密度分析并解释过渡族金属元素的作用机理.计算研究表明,掺杂Re元素可显著提升界面的强度,为实验上设计高性能钢铁材料提供了新的思路.     

界面尺寸对铜/石墨烯界面热导的影响

采用原子格林函数(AGF)方法研究了界面尺寸对铜/单层石墨烯(SLG)界面热导的影响.建立了有限和无限界面尺寸的AGF计算模型,计算得到的界面热导均在铜的迪拜温度(343 K)附近收敛,但两者计算得到的透射系数和界面热导存在明显差别:有限界面尺寸时计算得到的透射系数在1.5 THz附近达到峰值0.84,而无限界面尺寸时...     

激光致声换能器的实验与应用论证

设计制造了激光致声发射换能器,并进行了水槽实验,测量、计算了激光声信号的距离分辨力、声源级、指向性函数、指向性指数,分析了实验值与理论值误差产生的原因;计算了噪声背景和混响背景下对目标的探测距离;从理论上论证了探测沉底目标的可行性;分析了该换能器的信息传输速率、指向性和通信距离.     

极端冲击下激波诱导附加电场加速金属/气体界面的经验模型

采用基于电子力场势函数的分子动力学方法,模拟了极端冲击压缩(22.5～78.75 km/s)下Li/H2界面的演化过程。计算结果表明,在极端冲击压缩条件下,激波压缩导致物质电离,由于电子和离子的扩散差异,激波附近出现电荷分离区,进而诱导出现附加电场。通过沿激波传播方向进行一维电荷统计和理论分析,发现在激波强度一定的情况下,随着激波的运动,电荷分离区的强度和宽度在整个过程中基本保持恒定,与激波强度正相关;进一步对电荷分布进行积分,得到由电荷分离引起的附加电场沿冲击波传播方向的变化,统计分析了附加电场影响下金属/气体界面附近金属侧物质产生的加速度随时间的变化,发现附加加速过程呈脉冲形态,满足Rayleigh模型。通过计算拟合,得到该模型的关键参数与初始冲击加载速度的关系,最终获得电离诱导附加电场引起界面金属侧物质附加加速度的经验计算公式。     

手征介质与陈绝缘体界面附近原子的自发辐射研究

对手征特异材料介质与陈绝缘体材料界面附近二能级原子的自发辐射特性进行了研究.推导计算了手征介质界面及其与陈绝缘体材料界面的反射系数矩阵,并根据并矢格林函数求得此环境下二能级原子自发衰减率的表达式.对手征介质和陈绝缘体材料特性参数影响下的原子自发辐射进行了数值计算,分别对平行和垂直于界面的偶极子自发衰减率进行讨论,并对辐射模式和消逝模式下的自发辐射进行了分析.结果表明,由于手征参量的存在,手征介质界面附近的原子自发衰减率与普通介质相比被增强.陈绝缘体则使得界面附近原子的自发辐射被明显抑制,且当手征参量较大时,陈绝缘体的抑制效应更加显著.     

应变纤锌矿ZnO/Mg_xZn_(1-x)O盘形量子点中的离子施主束缚激子态（英文）

在有效质量近似下,计算了盘形量子点中离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命.设盘形量子点由有限长的柱形ZnO材料组成,四周被MgxZn1-xO包围,离子施主局域在盘轴.考虑了由于自发极化和压电极化引起的内建电场效应,并在有限深约束势下采用合适的变分波函数进行.计算结果表明,量子盘结构参数(盘高度及垒中Mg组分)和离子施主的位置对离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命有强烈的影响.随着盘高度的增加,结合能、光跃迁能和振子强度减小,而辐射寿命增加.对含Mg量较高的盘形量子点,盘高度对结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命的影响更显著.当施主杂质位于量子点的左界面附近时结合能(光跃迁能)有极大(极小)值,而当施主杂质位于量子点的右界面附近时结合能(光跃迁能)有极小(极大)值.     

应变纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO盘形量子点中的离子施主束缚激子态

在有效质量近似下,计算了盘形量子点中离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命.设盘形量子点由有限长的柱形ZnO材料组成,四周被Mgx Zn1xO包围,离子施主局域在盘轴.考虑了由于自发极化和压电极化引起的内建电场效应,并在有限深约束势下采用合适的变分波函数进行.计算结果表明,量子盘结构参数(盘高度及垒中Mg组分)和离子施主的位置对离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命有强烈的影响.随着盘高度的增加,结合能、光跃迁能和振子强度减小,而辐射寿命增加.对含Mg量较高的盘形量子点,盘高度对结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命的影响更显著.当施主杂质位于量子点的左界面附近时结合能(光跃迁能)有极大(极小)值,而当施主杂质位于量子点的右界面附近时结合能(光跃迁能)有极小(极大)值.     

浅海波导中目标回声计算的射线声学方法

建立一种基于虚源法和物理声学方法计算浅海波导中目标回声的射线声学方法。入射声线经过两个界面的多次反射有无限多条,每条入射声线由目标反射后又会产生无限多条到达接收点的声线。将各种组合的散射声场求和得到总的回波声场。用射线声学方法计算了Pekeris波导中半径10 m的绝对软球的回声随距离的变化。与已有文献中波动声学方法的计算结果对比,两者在平均值和下降趋势上符合。计算表明,波导中球和一些圆形目标的等效目标强度(ETS)与自由空间中目标强度(TS)差别很小。而像圆锥形这类目标的等效目标强度与自由空间中目标强度差别较大,导致传统的声呐方程误差较大。与波动声学方法相比,射线声学方法不但具有明确的物理意义,而且可以对浅海信道中复杂形状目标回声进行计算。      

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提出了一种以多目标参数优化确定热斑的温度和密度径向分布的方法。用热斑中心位置和燃料界面位置对应的电子温度、靶剩余烧蚀层峰值密度、剩余烧蚀层质量与初始烧蚀层质量的比值以及燃料与烧蚀层分界面位置构成五维变量空间参数空间的每个点描述一组温度和密度分布。将实验测量的X射线图像的归一化强度分布与理论模型计算的强度分布的方差作为两个目标函数;另一个目标函数是实验测量的热斑的平均温度与理论模型计算的平均温度的方差。通过多目标遗传算法搜索五维参数空间获得最优参数,从而获得最优的温度和密度分布。对KB显微镜配合X射线胶片测量的实验结果进行了计算,给出了热斑的最佳温度和密度的径向分布。由测试算例发现,温度分布对目标函数的依赖较强。     

Rayleigh-Taylor不稳定性的Runge-Kutta间断有限元模拟

 采用发展后的间断有限元方法,对Rayleigh-Taylor不稳定性进行了数值模拟。在计算中采用Level-Set方法进行界面追踪,用虚拟流体方法（Ghost Fluid Method,GFM）对界面附近物理量进行等压装配。对两个典型的Rayleigh-Taylor不稳定性算例的数值研究结果表明,采用该方法计算含有接触间断的多介质流体力学问题是有效的,在交界面附近不出现伪振荡,具有较高的分辨率。     

基于小斜率近似的深海海面混响

收发设备在海面附近的深海混响实验中,多途时延使得最先到达水听器的为海面混响信号,且不受海底散射声场的干扰.本文利用射线理论描述深海声传播的格林函数,采用粗糙界面一阶小斜率近似方法描述全角度海面散射,给出海面混响声场的表达式.同时考虑了海面表层气泡散射的贡献,获得了海面混响理论.通过数值仿真数据和深海实验数据的比较对海面混响模型进行验证,分析了不同接收深度、频率下的海面混响强度衰减趋势.结果表明:低海况条件下,低频海面混响由粗糙界面散射主导,气泡散射可以忽略,随频率升高,气泡散射对海面混响的贡献逐渐增大,海面附近收发深度的小幅变化对混响衰减曲线的影响不明显.基于该模型提出一种反演海面粗糙界面谱参数的方法,数值计算结果验证了该模型能够在风速已知的前提下,通过海面混响数据提取海面粗糙界面谱参数.     

水中有限长弹性圆柱的目标强度研究

本文将有限长钢圆柱当作弹性体处理,用有限元素法计算了频率为27kHz的声波从不同方向入射时的目标强度值,从中得到目标强度随方位变化的曲线。同时对该圆柱的目标强度进行实验测量,并将测量结果与上述计算结果和已知的刚性结果进行比较。结果表明弹性结果与实测结果更为接近。     

U^91＋离子碰撞强度和速率系数的相对论理论计算

介绍了用相对论多通道理论结合量子亏损理论计算电子碰撞激发过程的方法。用此方法计算了U^91 离子电子碰撞激发的碰撞强度和有效碰撞强度及速率系数。与R矩阵方法的计算结果比较表明：在激发能量阈值附近还有一组共振结构;目前的方法对共振结构的描述更精细完整。根据碰撞强度,通过对电子速度的麦克斯韦分布积分得到了有效碰撞强度与温度的关系。可以看出,碰撞强度在能量阈值附近的共振峰使低温1s-2s跃迁有效碰撞强度增大近20％。     

U91+离子碰撞强度和速率系数的相对论理论计算

介绍了用相对论多通道理论结合量子亏损理论计算电子碰撞激发过程的方法。用此方法计算了Ｕ＾９１＋离子电子碰撞激发的碰撞强度和有效碰撞强度及速度系数。与Ｒ矩阵方法的计算结果比较表明：在激发能量阈附近还有一组共振结构;目前的方法对共振结构的描述更精细完整。根据碰撞强度,通过对电子速度的麦克斯韦分布积分得到了有效碰撞强度与温度的关系。可以看出,碰撞强度在能量阈值附近的共振峰值使低温１ｓ－２ｓ跃迁有效碰撞强度     

水下高分辨率声图中小目标的深度网络分类方法

针对声成像数据缺少条件下的水下沉底小目标分类问题,提出一种深度网络分类算法。首先,采用高斯混合模型对声影区统计特性进行建模并提取声图阴影,在此基础上构建仿真数据集和真实数据集。将仿真数据集输入卷积神经网络进行训练,保留其特征提取部分,用于对真实数据集进行特征提取.重建网络分类部分并采用真实数据集的特征向量进行训练。结果表明,所提出的方法分类正确率可达88.24%,与6种对照方法相比平均分类正确率分别提升8.67%,20.47%,19.78%,11.59%,9.01%,11.58%。验证了所提出方法在小样本条件下具有较好对水下沉底小目标的分类能力。其学习曲线收敛到96.25%,仅比验证曲线高5.14%,说明在一定程度上缓解了过拟合问题。将改进的卷积神经网络应用于融合分类器,通过与逻辑回归分类器、支持向量机对目标进行分类并融合决策,正确率为93.33%,可进一步提高算法的正确率和稳定性.      

浅海海底界面混响平均强度特性仿真

海底粗糙界面是产生混响的主要因素之一。本文通过理论分析和数值仿真的方法,根据浅海全波动混响模型对不同海底粗糙界面所引起浅海混响平均强度特性进行研究,主要考虑Goff-Jordan谱、Gauss谱和指数谱三种不同粗糙界面条件下的海底反向散射强度和混响平均强度特性。计算结果表明:海底粗糙界面会引起海底反向散射强度的频率特性的差异,进而导致海底平均混响强度的频率特性的差异,但随入射角度的变化不大。即使界面起伏的方差和相关长度相同,不同的粗糙度谱也会引起平均混响强度的差异。