水声作用下矩形弹性-粘弹性复合板的振动和散射声近场(Ⅱ)——矩形弹性-粘弹性复合板散射声近场研究

本文根据作者前一篇文章导出的复合粘-弹性薄板弯曲振动方程给出板振动简正模式的级数解,计算和分析了声波入射时,矩形复合粘弹性障板的振动;研究了密介质中,复合板简正模振动和其二次辐射场之间作用,以及不同模式振动之间由于辐射场引起的互耦合作用;数值计算了简支矩形板各号简正模的自耦合和互耦合系数随kl_1的变化关系,(r=l_2/l_1作为参变量,k为波数,l_1,l_2分别为板的两对边边长);并计算了复合障板在不同频率声波作用下各号模的复数振幅值;进而计算了不同频率声波作用下,板振动二次辐射声的近场声压分布。     

矩形板高阶模式超声振动辐射器的研究

在耦合振动理论以及矩形截面细棒弯曲振动的基础上,本文对矩形薄板的弯曲振动进行了研究,推出了自由边界矩形薄板的弯曲振动频率方程,研究了薄板的振动模式及其与共振频率的关系.实验表明,矩形薄板弯曲振动共振频率的测量值与计算值符合很好.用共振式矩形薄板作为超声清洗等液体中超声应用技术的声波辐射器具有声场分布均匀,换能器频率调节容易,声波辐射面大等优点,是一种很有前途的新型超声源.     

不同材料参数薄板振动中的热力耦合效应

 利用有限Hankel变换法,导出了周界等温-弹性支撑圆薄板在激光束辐照下的轴对称耦合热弹性弯曲振动近似解;针对具有不同弹性模量和热膨胀系数的薄板进行了热力耦合和非耦合弯曲振动的解析和有限元计算与分析。结果表明：热力耦合效应使薄板振动的振幅和周期都有所减小,其程度与材料的性能参数（如弹性模量和热膨胀系数等）密切相关,材料弹性模量和热膨胀系数越大,板振动中的热力耦合效应就越明显。     

自由阻尼复合板的模态密度研究

模态密度是统计能量分析（SEA）的一个重要参数,尽管有关阻尼复合板振动特性的文献很多,便至今为止,研究其模态密度及变化规律的论文尚未见到,为此本文利用弹性最小势能原理和变分法,并考虑振动阻尼的影响,导出了自由阻尼复合板的弯曲振动模态密度计算公式,系统地分析了模态密度随阻尼层厚度、温度和频率而变化的规律。     

弯曲振动薄圆盘的共振频率和等效电路参数研究

机电等效电路是分析复合换能器常用的一种解析方法, 但对薄圆盘而言, 由于弯曲振动的复杂性, 其等效集中参数很难获得, 该方法很少被应用. 本文从分布参数系统与集中参数系统等效角度, 根据动能相等原则和势能相等原则, 给出了弯曲振动薄圆盘的集中参数: 等效质量和等效弹性系数, 得到了共振频率方程, 并用ATILA软件模拟了其振动分布情况, 可以看出解析结果与数值结果趋于一致. 最后给出了分析复合振动系统时薄圆盘集中参数模型的等效电路. 本文的结果对弯曲振动复合换能器的设计提供了理论参考.     

水中阻尼复合箱体结构的振动声辐射特性研究

基于结构有限元法和声学边界元法,建立弹性层-粘弹性层-外部声场耦合声振数值计算模型,对敷设阻尼材料的壳体结构在水中的振动声辐射性能作了系统的研究。研究结果表明:敷设粘弹性阻尼层使结构振动响应和声辐射水平明显降低, 其减振降噪的效果与阻尼层的几何尺寸、物理参数和外激励频率有关;同未敷设阻尼层的弹性结构相比,敷设粘弹性材料的方箱结构在水中的振动响应,受流体可压缩性的影响不大,同时,不同流体边界条件(自由液面和刚性壁面)的影响也相对减弱。     

各向同性矩形薄板的大振幅振动及其辐射声功率计算

采用有限元和模态叠加理论分析了固支及简支各向同性矩形薄板在集中简谐力作用下的大振幅振动,得出了薄板表面的法向振速分布,并采用声辐射模态法计算了薄板的辐射声功率.首先采用有限元理论推导了基于yon Karman几何非线性应变-位移关系的薄板非线性有限元运动方程,然后通过有限元模态约简法(finite element mo...     

压电网络复合板的波动特性与隔声性能分析

在压电网络复合板机电耦合波动方程基础上,首先对在其中传播的弯曲波的波动特性进行了分析,发现压电网络复合板中同时存在两种不同频散特性的弯曲波,电感电阻并联型压电网络复合板中存在的两种弯曲波的频散曲线具有频率转向现象;在频率转向区,弯曲波的衰减常数或达到最大或迅速增大这一结论为压电网络复合板的减振降噪设计提供了参考。对压电网络复合板中的能量分析给出了这一结论的机理:即在频率转向区板中的机械能与电能能够进行最大的能量交换;在波动分析的基础上对压电网络复合板的隔声特性进行了分析,发现压电网络复合板隔声曲线上的低谷随外界电感值的变化能够发生移动或者消失,最后结合压电网络复合板的波动频散特性对复合板的隔声机理进行了分析,为设计压电网络复合板的隔声性能提供了理论参考。      

基于波传播法的周期复合板振动带隙衰减特性研究

运用波传播法对有限和无限周期对边简支复合板的振动带隙衰减特性进行了研究.在建立相邻板结构边界连续方程的基础上, 分别运用传递矩阵和Bloch定理建立了有限和无限周期复合板的耦合运动方程, 并详细对比分析了有限和无限周期复合板带隙衰减特性的关联关系.研究表明: 周期板结构的振动带隙频率范围与激励方式和激励位置是相关的, 若周期复合板在宽度方向按某阶模态进行线激励, 则该激励下的振动带隙与无限周期复合板在该阶模态下的振动带隙是一致的; 若周期板在点激励作用, 则该点激励下的振动带隙是参与振动的各阶模态振动带隙的交集. 此外, 还进一步研究了结构阻尼对振动衰减带隙的影响. 关键词： 周期复合板 带隙衰减特性 波传播法 结构阻尼     

弹性薄圆环的超声频径向振动及其等效电路研究

对各向同性弹性薄圆环的径向振动进行了研究,得出了其等效电路。在此基础上,推出了其径向振动的频率方程以及振子的共振频率的表达式,利用数值法得出了不同材料弹性薄圆环径向振动频率方程的一系列根。经过拟合,得出了频率方程的根与振子材料的泊松系数的拟合关系曲线,从而大大方便了径向振动薄圆环的工程设计及计算。     

纵向激发圆柱体超声频耦合振动的等效线路及其分析

本文利用表观弹性法的理论,得出了圆柱体耦合振动的一种等效线路,讨论了圆柱体耦合振动的频率方程及负载阻抗对振动频率的影响,计算了圆柱振动输入机械阻抗以及径向与纵向表观振速比随其几何尺寸变化的关系曲线.分析及计算结果表明,利用等效线路分析圆柱体的耦合振动,物理意义明显,计算简单,是分析及合理设计圆柱振动体的一种很方便的途径.     

谱有限元数值分析各向异性复合板中导波色散特性

提出谱有限元方法研究层状各向异性复合板中导波的色散特性和波结构。基于三维弹性动力学方程,用有限元方法离散波导截面,波传播方向的位移用简谐波表示,得到了导波色散的特征方程。分析了单层和双层复合板中导波沿不同方向传播的色散特性和波结构,讨论了双层复合板中层厚比对相速度的影响。数值研究结果表明:导波的对称模态沿纤维方向传播时在较宽的频率范围内保持弱色散状态。双层复合板中导波基本模态的相速度在低频时受层厚比的影响较明显,随着频率的增加趋向于相速度较低的材料。数值模拟结果为导波用于复合材料定量无损检测和性能评价提供理论依据。      

单向纤维增强复合板弹性常数的反演方法研究

利用小波变换和人工神经网络技术,对激光激发单向纤维增强复合板产生的兰姆波信号进行分析,进而反演出单向纤维增强复合板的弹性常数。对小波变换和神经网络算法加以优化以提高反演结果的准确性,并分别对纤维方向和垂直于纤维方向的实验波形进行弹性常数的反演,两个方向的反演结果十分吻合。研究表明,利用该方法可直接从激光激发兰姆波的瞬态实验波形中反演出复合板的弹性常数,既不用事先知道兰姆波各模式传播的群速度,也不必采用传统的最小二乘法拟合色散曲线来反演弹性常数。     

厚圆盘弯曲振动研究

当厚跨比大于五分之一时,研究板弯曲振动中的剪切应力及由此引起的剪切、扭转变形等就不能忽略,经典的薄板理论将失效.从声学应用的角度,基于Mindlin板理论,本文推导了厚圆盘弯曲振动径向位移和横向位移的解析表达式,并得到了自由、简支、固定边界条件下的频率方程.解析方法计算得到的前几阶振型对应的频率与有限元方法计算的结果基本相符,与实验测试结果基本一致.本文的结果对厚圆盘弯曲振动辐射器的设计提供了理论参考. 关键词： 厚圆盘 弯曲振动 频率方程     

流体诱导振动复合强化传热的理论分析

本文提出了流体诱导振动复合强化传热新方法并进行了理论分析，尽管人们一直将流体诱导振动看作是一种事故而加以预防，但流体诱导振动有效利用的空间依然很大。流体诱导的弹性管束面内和面外振动，在提高对流换热系数的同时降低污垢热阻，使传热效果显著增强。     

对镶在圆柱障板上单块有限复合板散射近场的研究

本文提出了预测镶在圆柱障板上一块具有三层加筋结构的复合材料有限板的振动特性和近场散射特性的理论模型。研究了在密介质中振动系统和入射声场的互作用以及不同振动之间由于辐射场引起的互耦合作用,数值计算了简支镶嵌在圆柱障板上的单块有限复合板的各种振动模式自耦合和互耦合系数,计算分析了有限复合板的振动再辐射近场特性。设计进行了测定有限复合板系统的近场实验。实验结果与理论计算结果符合较好。     

功能梯度压电材料矩形板自由振动方程的精确解

从压电材料基本方程出发，针对沿厚度方向极化且材料常数沿极化方向梯度变化的矩形压电板，导出并求解了四边简支、接地条件下板的自由振动方程。     

钢板-空气背衬上含空腔粘弹性材料层的声反射特性

本文研究声波从水中入射到粘弹性材料层-钢板-空气上的反射特性，运用分层介质中的波动理论研究粘弹性层均匀情况的声特性，运用有限元方法研究粘弹性层含空气腔结构情况的声特性。结果表明，改变粘弹性材料消声特性需要综合调整材料的弹性参数；粘弹性层内的空腔结构对声特性产生很大影响，改变其谐振特性和反射系数的收敛特性。文中以含圆锥腔、圆台等复合腔的结构粘弹性层为例，计算了其反射系数的频响特性、谐振模态，并分析了结构的影响。     

超声频矩形六面体的三维耦合振动

本文利用表观弹性法分析了矩形六面体的三维耦合振动,重点分析并计算了矩形六面体的基模方式耦合振动,推出了矩形六面体基频振动的总体频率方程,得出了六面体基模耦合振动的三个谐振频率,即六面体三个轴向的谐振频率f_x,f_y及f_z,实验表明谐振频率的测量值与计算值基本符合,本研究将为复频超声清洗中换能振动系统的设计提供理论依据。     

同向振动L-L振动方向变换器的等效电路

基于表观弹性法和机电类比原理,推导了L-L振动方向变换器正交复合振动系统的机电等效电路及谐振频率方程。分别利用等效电路法、波动方程法,通过有限元法计算并结合实验测试分析了变换器同向振动的共振频率与其纵向及横向尺寸的变化规律。研究表明,变换器做同向振动时的共振频率随其纵向尺寸的增加而减小,随其横向尺寸的增加而增大;比较三种方法计算结果可知,本文给出的等效电路模型计算结果和有限元仿真结果均与实验测试结果相吻合,为该类超声振动系统的设计提供较为精确的设计理论。