矩形面导纳的理论计算与分析

研究面导纳在结构之间接触表面上振动能量传递时的特性，并利用复功率方法和振强的概念推导出无限大薄板的矩形而导纳在均布力作用下的解析表达式，为分析结构间接触表面上能量传递提供了理论工具．根据理论计算结果，研究并描述了接触面积的大小、边长和矩形面积的长宽比等参数对能量传递的影响，为研究隔振问题提供了有效的理论依据和方法．     

均布速度激励下矩形接触表面上力的分布与能量传递

研究无限大板受均布速度激励的矩形接触表面上的力的分布形式和振动能量传递的特性。利用离散的数学模型推导出了均布速度激励下力的计算方法,并计算了接触面积上力的分布。还研究了接触面积内各点及整个接触面积的能量传递特性以及激励频率和接触面积尺寸对其的影响。对如何减小结构之间振动能量的传递、提高隔振效果提出了相应的对策。     

无限大板上矩形面导纳的测量

研究在实验条件下测量均布速度激励下无限大板面导纳的方法．实验中利用有限板模拟无限大板，用具有矩形接触面积的刚性棱形锥产生均匀速度的激励，并建立消除附加质量影响的测量方法。实验结果与理论预测值一致，证明了实验模型与方法的可行。     

加筋板结构声导纳的面接触判据

通过采用有限元方法建立加筋板模型,计算不同边界条件下具有不同加筋形式的薄板在不同加载面尺寸下的导纳差值,进而得到与频率相关的加筋板面接触判据,揭示了加筋板面导纳和点导纳之间的相关关系,得到了“点”和“面”是否能够等效处理的面接触判据。进一步通过考察薄板的不同加筋形式和加载面形状以及加筋板的速度分布,可以发现:在不加筋、单加筋和十字加筋3种情况中不加筋平板的面接触判据最严格,而十字加筋板的面接触判据最宽松;单加筋板的速度差值与导纳差值的计算结果较为吻合;单加筋板的加载面沿垂直加筋方向的边长越长导纳差值越大。      

采用微分求积法分析薄板的气动弹性响应

为减轻结构重量，新一代飞行器的结构设计中更多地采用了薄壁结构，在超音速或超高音速飞行条件下，薄板的气动弹性响应相当剧烈。分析薄板的气动弹性响应方法主要有两类：第一类为经典的伽辽金方法；第二类为有限元方法。受薄板形状和边界条件的限制，伽辽金方法能够研究的问题是非常有限的，有限元方法虽然具有普适性，但本质上属于数值方法，其计算精度和收敛性必将受所选单元类型以及数值计算误差的影响。在薄板的气动弹性分析领域，文中采用一种全新的方法，即微分求积方法。     

非保守耦合系统的耦合损耗因子

研究利用子结构的导纳计算非保守耦合系统的耦合损耗因子的方法。首先,利用经典保守耦合系统统计能量分析能量平衡方程的形式,推导了非保守耦合系统中耦合损耗因子与结构振动能量比的关系;然后,给出了利用子结构的导纳计算结构振动能量比的方法;最后,实验测量了非保守耦合系统的耦会损耗因子,并与理论预测值比较。结果表明,理论预测和实验测量结果的一致性很好。     

复杂结构随机振动试验的响应控制再现

为了实现振动环境仿真系统中的振动响应的实时反馈，采用有限元计算获得激励响应。分析软件及计算方法的选取得当，是激励实时反馈环节实现的关键。在众多的实模态分析中，有两个算法很具代表性，它们是子空间迭代法和Lanczos算法。子空间迭代法广为使用，许多大型程序中都有配备，它稳定、可靠，然而速度较慢。Lanczos算法则被公认为快速高效，是求解大型矩阵特征值问题的一种最有效的方法，其计算量比子空间迭代法少数倍之多，特别适用于大型特征值求解问题，而且计算精度也很高，是现有模态计算方法最可取的。     

有效线导纳的仿真研究

利用有效导纳复功率流法研究了无限平板线激励下的功率传递规律,得出了线激励下的有效线导纳的理论公式,并对有效线导纳的功率传递特性进行了仿真研究。比较了有效线导纳理论公式和数值估计公式的计算结果,得到了数值估计公式的适用范围。然后研究了梁线激励作用下的功率传递特,并且对平板和梁上的功率传递规律进行了比较,结果为平板线激励的相对传递功率要略大于梁的相对传递功率。表明有效线导纳的理论公式在研究结构的功率传递上的灵活性和适用性。     

基于裸光纤探头的双点光子多普勒测速系统

全光纤光子多普勒速度测量(PDV)系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动物体的速度测量。多点测量可以获得靶面不同位置的速度,以测量靶面的形变。为提高测量的空间分辨率,提出使用裸光纤束为PDV系统的探头,并在实验上实现了空间分辨率为375μm的双点速度测量。裸光纤探头的间距较小,一个探头的测量结果可能受到另一个探头反射光的干扰。理论和实验的研究结果表明,当靶面各点速度相同时,测量结果不受干扰光的影响;当各点速度不同时,其测速误差不但与两被测点的速度差有关,还与传感光和干扰光的光强和相位有关。     

载流弹性薄板结构吸声性能的研究

对弹性薄板吸声结构在水下的吸声性能进行了研究,推导了载流弹性薄板结构声阻抗的解析解。提出并计算了薄板结构的势能因子B_(nm)、动能因子A_(nm)和载流因子系数χ。得出薄板结构吸声性能严格的解析理论和幂级数近似表达式,本文获得的结果使薄板理论的吸声机理更加清晰,计算也更加简化。通过低频水声管对薄板结构进行了测试,测试结果和理论计算结果吻合得较好,验证了本文理论的正确性。     

太阳辐射计的衍射效应修正

太阳辐射测量是研究太阳活动与地球气候演变的重要方式之一,对人类社会的可持续发展具有重要意义。衍射效应作为测量过程中系统误差的主要来源之一,有必要进行精确的修正,从而提高测量数据的精度。首先,对衍射效应理论进行研究,从Kirchhoff衍射理论出发,在高斯光学近似下,逐步确定点与点,点与面,面与面之间的能量传输关系,推导出了衍射效应的一般公式;接着,根据衍射效应的渐近性质,得到了一种简化的计算方法;然后,用简化的方法计算太阳辐照绝对辐射计(SIAR)的衍射效应以及衍射修正因子,最后,根据衍射修正结果,计算相对于世界辐射基准(WRR)的定标系数。结果显示:SIAR的衍射效应以及衍射修正因子分别约为1.002 742和0.997 265。经过衍射修正后,SIAR对WRR的定标系数更接近于1,表明衍射修正降低了系统误差,提高了辐射测量的准确度。     

腔体内传输线耦合的电磁仿真软件与传输线方程的混合算法

研究了一种有限积分法软件与传输线方程相结合的混合算法,用于解决复杂电磁环境下屏蔽腔体内传输线的电磁耦合问题。利用有限积分法软件实现屏蔽腔体的建模,仿真得到腔体内部空间电磁场分布,并设置电场探针提取出传输线的激励场。利用传输线方程建立腔体内传输线的耦合模型,将得到的传输线激励场引入到传输线方程作为等效分布电压和电流源。利用时域有限差分(FDTD)格式对传输线方程进行离散,从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。通过与文献以及传统数值算法的计算结果进行对比,验证混合算法的正确性。研究表明,该混合算法在模拟电大尺寸腔体内传输线的电磁耦合方面,具有较高的精度和计算效率。     

沟槽结构飞片的波剖面测量与数值模拟研究

应用线、面结合激光速度干涉仪(VISAR)技术,对点爆散心爆轰产物驱动带沟槽飞片的自由面速度进行了实验测量,获得了飞片表面长12mm的一条线上点的速度-时间历程,以及飞片起跳后1、3、5μs 3个特定时刻飞片表面10 mm范围内速度的二维分布。同时用LS-DYNA对实验模型进行了数值模拟,所得结果与实验测量结果符合较好,表现出线、面结合VISAR技术在研究非均匀材料动态响应上的应用潜力。     

子孔径拼接中系统误差的修正方法

为了提高大口径光学元件子孔径拼接测量的检测精度,提出一种平面绝对测量技术,修正子孔径拼接过程中产生的系统误差。利用改进的三面互检法获得参考平面的面形数据,采用这些测量数据构建基于Zernike多项式的参考面面形误差修正波面,在拼接过程中运用误差修正波面对获得的子孔径测量数据进行实时修正,并与全口径直接测量结果进行对比,结果PV（peak value,PV,峰谷值）误差从0.072 1 减少到0.028 6 。结果表明该方法有效减少了参考平面系统误差对拼接测量精度的影响,提高了大口径光学元件的检测精度。     

等离子体气动激励控制激波的机理研究

针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用. 关键词： 等离子体气动激励 激波 热效应 电离效应     

分散式速度反馈控制流激薄板声振响应的模态解及特性

采用模态展开法推导了湍流边界层和分散式速度反馈控制共同作用下薄板的响应和声辐射,给出了与分散式速度反馈控制增益系数、单元位置、数量和大小相关的模态阻尼的显示表达式。给定激励和参数的条件下,通过与元素法的计算结果进行对比,验证了模态展开法具有较高的计算效率和准确性。讨论了分散式速度反馈控制单元的布置方式和数量对模态阻尼的影响,以及反馈控制单元的布置方式对薄板动能、辐射声功率和模态平均辐射系数的影响。数值分析结果表明反馈控制单元的数量和布放位置对控制效果影响显著,反馈控制单元沿螺旋线布置能明显拓宽控制频带;两种反馈控制单元布置方式,在动能和辐射声功率控制较好的共振频率处,除第一阶模态外,模态平均声辐射效率随反馈增益的增大明显提高。     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。      

穿孔管消声器声学长度修正的理论公式

推导出穿孔管消声器声学长度修正以及共振频率的理论公式。证明了在均匀分布情况下,多小孔向膨胀腔声辐射与单个小孔向膨胀腔声辐射的声学长度修正系数是一致的。对于小孔向主管道的声辐射,根据理论公式研究了穿孔率、周向均布数以及亥姆赫兹数对声学长度修正的影响,有限元计算得出在直径比小于0.4的情况下声学长度修正系数理论公式与仿真计算结果吻合良好。并利用理论公式的性质以及仿真结果获得了实用的拟合公式,提升了穿孔管消声器在高频时共振频率的计算精度。      

二维声表面波压电声子晶体在射频段的时域有限差分法

对二维声表面波压电声子晶体在射频段的带隙特性,进行了时域有限差分法(FDTD)理论推导和计算,并提出实验方法对比验证。FDTD计算模型考虑了压电效应,引入周期边界条件以节省计算空间和时间,采用完全匹配层以解决声表面波在截断边界处的虚拟反射问题。实验上分别设计有/无二维压电声子晶体的两种宽频带延迟线结构,测量两种延迟线的传输系数取差值,得到了二维压电声子晶体的带隙;其中通过时域加窗函数保留一次传输信号,进行干扰信号的去除。以铝/128°YX-LiNbO3二维压电声子晶体为例,该FDTD方法、商业有限元软件COMSOL、实验方法均得到了100500 MHz射频段内的多个带隙,三种带隙对比证明了FDTD计算带隙与实验测量带隙一致,比COMSOL计算的计算带隙精度更高。      

薄板弯曲大变形高阶非线性偏微分方程推导与优化算法研究

针对薄板弯曲大变形问题, 运用变分原理, 建立了薄板弯曲大变形问题的高阶非线性偏微分方程. 运用有限差分法和动态设计变量优化算法原理, 以离散坐标点的上未知挠度为设计变量, 以离散坐标点的差分方程组构建目标函数, 提出了薄板弯曲大变形挠度求解的动态设计变量优化算法, 编制了相应的优化求解程序. 分析了具有固定边界、均布载荷下的矩形薄板挠度的典型算例. 通过与有限元的结果对比, 表明了本文求解算法的有效性和精确性, 提供了直接求解实际工程问题的基础.