三弹性圆柱壳体多重耦合声辐射计算方法

为研究多圆柱壳组合结构的声辐射特性,采用模态叠加法建立了3个并排无限长弹性圆柱壳的振动声散射耦合物理模型,充分考虑了三圆柱壳的表面振动与散射声场的耦合,其中散射声场可分解为各圆柱壳刚性散射声场和弹性辐射声场的叠加,数学上将各壳间的声场耦合关系通过柱函数加法公式描述。利用该物理模型,分析了多重散射对稳态声场求解结果的影响,比较了三圆柱壳耦合系统与单个圆柱壳系统的辐射声场指向性、声压级及辐射声功率级的差异及其产生机理,结果表明:结构弹性耦合声辐射不仅在低频对总声场有显著影响,在高频范围也不可忽略;另外,针对本文设定参数的组合圆柱壳,在150 Hz以上频段,两旁圆柱壳对中间圆柱壳在正横方位产生了声辐射遮蔽效应,垂直方位则体现声泄漏作用。本文建立的方法可推广到三维空间任意多壳结构的声振耦合建模。      

粗晶材料晶粒散射波的实验鉴别

在利用超声波束对粗晶材料样品或工件进行检测时，接收回波中，除伤波、底波外，还存在晶粒散射波及其它干扰杂波。本文对晶粒散射波主要特征：晶粒散射波随传播时间出现的最大值位置；晶粒散射波最早到达时间；以及传播过程中晶粒散射波的频谱特性进行了实验验证。其中，用脉冲频谱合成方法，计算了双探买发．收复合声场声轴上声压分布，据此对最大值的出现位置给予了物理解释。并用短时傅立叶变换分析了声波传播过程中晶粒散射波的频谱特性。获得了一些有用结果。     

水下环形凹槽圆柱体散射声场空间指向性调控

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构,可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理,研究表明:凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平面声波垂直于圆柱方向入射其正横方向散射声波发生偏转.采用有限元方法讨论了凹槽结构参数如占空比、梯度等对圆柱散射声场空间分布特征的影响规律.多个不同深度梯度环形凹槽单元组合圆柱体散射声场数值计算和实验结果显示:具有环形凹槽结构圆柱体正横方向散射声波均匀偏转到预定的空间范围内,使得圆柱体声散射场空间指向性均衡化,改变了圆柱整体的散射特征,这为水下目标声隐身设计和声波定向传播提供了新的方法.     

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。      

浅海声场垂直相关与边界反射(散射)损失

在浅海均匀层中,利用三参数海底声学模型,引进声传播有效掠角的概念,推导了声场垂直相关与边界损失等参数的关系;提出了大面积测量低频小掠角海底反射(散射)损失的方法;在0.4—3.15kHz频段内测量了小掠角0.7—15°范围内的边界反射(散射)损失;根据本文结果及有关资料,可以较好地解释浅海平均声场过渡距离随频率的变化。     

利用声辐射模态重构任意目标的散射声场

水下目标散射声场的重构可以作为水下目标散射特性的研究基础。本文主要利用声辐射模态对水下目标进行散射声场重构研究。首先,在借助声传递矩阵给出的任意结构声辐射模态的流体域求解方法基础上,通过理论证明了目标的散射声压与声辐射模态具有函数关系。其次,借助声场分布模态的概念,同时考虑到声场分布模态病态及声压测量易受噪声污染,提出基于声辐射模态的正则化散射声场重构算法。仿真结果表明,波数越低,重构所需声辐射模态阶数越少,在较高波数时仅需总模态数的大约20%即可对声场进行重构。与基于边界元的声场重构算法相比,计算量减小了至少80%,且克服了赫姆霍兹积分方程最小二乘法仅对球壳结构的重构效果较好而不适用于长条形结构重构的缺陷。     

水下双层加肋圆柱壳全空间收发分置散射声场快速预报方法

针对水下双层加肋圆柱壳的全空间收发分置散射声场求解,提出了一种快速预报方法。该方法将散射声场表示为声散射传递函数与声源密度函数的乘积,以目标表面网格信息、少量的仿真或测试多基地散射声压数据作为已知信息,借助数值积分、矩阵理论、最小二乘法对其他收发分置散射声场进行预报。分别以有限元仿真和试验测试的散射声压数据作为输入,对水下双层加肋圆柱壳的多基地散射声场进行了计算,并与完全采用有限元方法的计算结果进行了对比。结果表明:该方法在目标表面结构和部分散射声场数据已知条件下能对目标的全空间收发分置散射声场进行预报;已知散射声压数据量越多,计算频率越低,预报精度越高。     

基于脉冲声分离的刚性球散射声控制

提出了一种基于脉冲声的三维空间中刚性球散射声分离方法,并利用前馈、固定系数控制方式对分离出的散射声进行有源控制,抑制散射声强度,实现了刚性球散射体在观测点处“声学不可见”。该方法利用脉冲信号作为初级噪声,通过有无刚性球时传声器采集脉冲信号的差值确定散射声大小,实现散射声与声源直达声的分离。对分离出的散射声进行多通道有源控制以验证该文所提分离方法及控制系统的有效性。实验结果表明,700~1000 Hz范围内,有源控制开启后,双通道散射声的平均降噪量大于5 dB,多通道散射声的平均降噪量大于8 dB,且误差传声器处采集的残余声场与无刚性球时采集的初级声场信号波形基本一致,实现了刚性球散射体在误差传声器处“声学不可见”。此外,参考传声器布放位置的选取问题也在该文做了详细讨论。     

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。      

用基于声类比的边界元计算管道风扇的管道声传播和辐射

本文介绍了用基于声类比的边界元计算管道风扇声场的新方法,将已被成功地应用于物体对外声场的散射计算方法推广应用到管道风扇的管内声传播和管口声辐射问题。数值结果表明了模型和方法的正确性及其可以作为管道声处理降噪敏果预测的工具。     

基于最小二乘法的声速测定实验数据处理及分析

用振幅极大值法比振幅极小值法测声速的误差小和声波在传播过程中声压按指数函数关系衰减。     

多普勒效应测量声速实验的设计

介绍了设计性实验"多普勒效应测量声速."该实验要求学生理解多普勒效应测量声速的原理,利用气垫导轨实验和声速的测定实验仪器,设计出一套多普勒效应测量声速的实验装置,并利用该实验装置测量声速.     

On the metrology of the speed of sound in liquids

Decentralization of the standards base in measuring the speed of sound in liquids by expressing the speed of sound in fractions of the speed of light in vacuum is considered. A method to take into account the diffraction effects by measuring the speed of sound in the case of a constant acoustic wavelength and binding the absolute speed of sound values to the calculated thermodynamic values obtained by the nonacoustical method when the adiabatic compressibility is equal to the isothermal one is proposed. Errors of the reproducibility of the unit of the speed of sound in water using the proposed method are estimated.     

混响室吸声测量中旋转扩散体角度状态及顶角测点位置的影响

通过对3个吸声构件进行了多测点的混响室吸声测量的实验结果进行分析,发现旋转扩散体静止在不同角度状态对测量结果有显著影响,进而提出同一测点在多个旋转扩散体的角度状态下进行测量的测量方法。并使用这一测量方法,比较了混响室顶角测点位置和与按照ISO标准和国标要求选择的空间测点位置所得的测量结果,分析得出顶角测点和空间测点的平均结果是一致的,且顶角位置处的测量结果拥有更小的离散度。因此可以在矩形混响室角落设置少量测点,通过改变旋转扩散体角度状态进行混响室吸声测量。      

Automated measuring system for sound power measurement

It is sometimes important to know the sound power radiated from a sound source so that, for example, the solution noise abatement can be carried out on the basis of the sound power radiated.Measurement of the sound power in general is carried out in a reverberant enclosure. This measuring method is classed as an indirect one in that the sound power is obtained via the sound pressure level. Consequently, in order to determine the sound power radiated as precisely as possible, some measurement procedures for obtaining the space-average sound pressure have been devised. However, the procedure, which involves moving the measuring microphone from point to point, is extremely tedious. Accordingly, if the system from data acquisition to data processing is automated, the work required for obtaining the space-average sound pressure will be considerably reduced, as will the time required for processing the data.The development of an automatic measuring system for sound power is discussed and it is shown that the sound power obtained with the system devised agrees well with that obtained by more familiar means.     

声悬浮及声速测定实验仪的设计

《声速测定》是大学物理实验中比较普遍的一个综合性实验。在声速测定实验仪的基础上,改进了信号源,并制作了声悬浮配件,使其实现既可以用多种方式测量声速,又可演示声悬浮实验现象。声悬浮及声速测定实验仪悬浮稳定性强,声速测定准确,仪器造价低,使用方便,这样设计节省了实验室资源和空间。     

利用自发布里渊散射测量液体声速

为了克服共振干涉法在液体的热力学声速和高频声速测量方面精度不高的问题, 本文建立了一种基于自发布里渊散射原理的测定液体声速的实验装置. 利用法布里-珀罗干涉仪对散射光进行扫描滤波, 数据采集卡结合光子计数器对散射光进行探测, 设计了一种散射光信息采集分析方法. 该实验方法有效的解决了传统布里渊散射方法中信号失真的问题, 显著地提升了液体声速测量精度. 对308.6–906.2 MHz内298.15 K饱和液相CCl₄声速进行了测量, 测量结果与文献值具有较好一致性. 利用法布里-珀罗干涉仪周期性扫描的滤波原理, 通过在测量得到的布里渊频移上加减整数倍个自由波谱区, 得到了更大频率的波谱信息, 进而设计一种测定介质高频声速的方法. 对CCl₄在5406.1–5521.0 MHz频段内的声速进行了测量. 实验结果显示, CCl₄的热力学声速随频率无明显变化, 而高频声速随频率的增大呈增大趋势且远大于热力学声速, 证实CCl₄具有色散现象.     

线阵声强缩放方法在水下声源辐射功率估算中的应用

为了解决水下声源辐射声功率难以计算的问题,利用线阵声强缩放方法在波束形成声源识别的基础上,根据波束输出结果与声源辐射声功率之间的换算关系来获得相应的声功率。为了提高线阵声强缩放方法的水下声功率估算精度,给出了一定动态范围限制的主瓣区域积分方法,并通过仿真验证了该方法的有效性。在消声水池中开展了水下声功率估算的实验研究。在不同的测试距离下,对双声源条件下的单频以及宽带声源在阵列侧的辐射声功率进行了估算,以混响法的测量结果为参考值,研究了估算误差随声源频率、测试距离等影响因素的变化规律。实验结果表明,无论是单频还是宽带声源,声功率的最大估算误差不超过2.6 dB,在高频时不超过1.6 dB。验证了线阵声强缩放方法应用于水下声源辐射声功率估算的正确性与可行性。      

固体声速温变特性实验室探究

基于良导体导热系数的测温原理和声速测量实验原理,利用高灵敏度温差热电偶测温,采用时差法测量固体中声速,设计并搭建了一套可以测量不同温度下金属材料中纵波声速的实验装置。在注意了各种实验操作细节的基础上,研究了A3钢合金材料中超声纵波声速在30～100℃范围内的变化规律,并对本实验的误差来源进行了探究,提出一些减小误差的措施方法。结果表明,使用此套装置研究固体超声纵波声速温变特性,操作过程简单易行,立足于实验室的需求,适合于在实验室推广使用。