超声检测综合实验

基于超声波在不同声阻抗介质形成的界面上的反射和透射理论,设计了超声检测综合实验.实验样品为带有缺陷的固体材料,采用超声方法测量缺陷的尺寸及缺陷中的填充物.作为竞赛的综合实验,做到了难易结合,突出理论与实践结合:实验容易的部分,如测量换能器的中心频率、材料的密度、声速及声阻抗,主要考察学生对基本实验仪器的操作能力;实验比较难的部分是确定缺陷的填充物,学生需要综合应用提供的声传播、反射及衰减理论设计测量实验.     

基于温度梯度分布的宽频带声聚焦效应

研究基于温度梯度分布的宽频带声聚焦效应. 利用两个恒温热源产生的温度梯度分布, 控制声波传播路径, 实现声波聚焦效应. 该机理源于温度场连续变化引起声折射率连续变化, 无反射能量损失, 具有宽频带及高聚焦性能等优点. 在此基础上, 分析入射声源频率、热源温度、分界面空间分布、热源位置、介质的衰减系数、热源温度不对称分布等因素对声聚焦性能的影响, 利用气凝胶材料验证单一介质中基于温度梯度分布的声聚焦系统的可行性.     

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.     

有效测量套管井泄漏Lamb波衰减的实验研究

低密度水泥在油气井中的广泛应用使得常规的声阻抗类测井方法难以准确、有效地评价固井质量,而声波倾斜入射在套管中激发的弯曲型Lamb波对水泥的性质及胶结情况具有很高的分辨能力,能够很好地解决低密度水泥的固井质量评价问题。弯曲型Lamb波对套管后介质声学信息的响应反映在声波衰减中,因此该文通过实验研究了激发弯曲型Lamb波的有效方式,分析了声波入射和接收角度对Lamb波衰减的影响。实验结果表明,入射和接收角度在一定范围内变化时,虽然激发出的Lamb波模式均为弯曲型Lamb波,但在同一套管模型下测量的声波衰减值会有差异,选择激发弯曲型Lamb波的最有效方式,计算得到的Lamb波衰减对套管后介质的灵敏度才会最高。     

固体介质中空间电荷分布的测量方法

驻极体已经得到广泛的应用,为了提高介质的电荷存贮能力和改善其稳定性,测量驻极体内空间电荷的分布是极为重要的. 正确设计高压直流电气设备的绝缘结构,必须研究在强电场作用下,绝缘材料的空间电荷效应,因此测量固体介质中的空间电荷分布是非常重要的.对于聚合物所特有的树枝化击穿,现已探明空间电荷起着很大的作用,因此也必须了解聚合物介质中的空间电荷分布状况. 但是,对固体介质中空间电荷分布的测量是一个相当困难的问题,至今仍没有完善的解决方法.早期采用的切片法,迄今已有近半个世纪的历史.近年来,这方面的研究在国际上仍是一个活跃…     

多孔聚四氟乙烯/氟代乙烯丙烯共聚物复合驻极体材料的压电效应研究

采用高温熔融和电晕充电方法制备了由聚四氟乙烯/氟代乙烯丙烯共聚物复合而成的空间电荷驻极体压电膜.借助准静态压电系数测量，研究了制备工艺对复合膜压电活性的影响.根据Kacprzyk等提出的复合驻极体膜的压电模型，结合等温表面电位衰减和压电系数衰减测量结果，讨论了驻极体复合膜系统中的压电性产生机制.结果表明，压电效应的大小不仅取决于俘获在材料中的电荷密度的大小，还与被俘获电荷在材料中的存在形式和分布有关. 关键词： 空间电荷驻极体 压电效应 聚合物复合膜     

横向各向同性介质声波传播特性研究

由两种均匀介质的多层薄板交互构成的简单复合介质是一种横向各向同性介质,这种材料的动力特性的研究,对于岩石力学及其他材料工业的力学性能研究是有一定意义的.作者通过实验室的模型试验,根据“长波”传播条件,测量了对称轴与传播方向成不同夹角时波速的变化规律,及根据微观力学,即由两种材料的声阻抗与厚度比推算的相应波速进行比较.试验表明,结果基本相符.最后分析了波速各向异性系数对各弹性参数的影响及两种材料的厚度比对各向异性系数的影响.     

一种新的超声表面波测温方法研究

在材料科学和材料工程领域,对受热材料温度分布测量的需求一直在持续增长。这主要是因为对于材料的各种特性和行为,温度都是其重要参量。本文设计一种新的声表面波测量方法测量在加热或冷却过程中的材料表面的温度梯度。这种方法涉及到超声波回波测量和导热反问题的分析方法来得到材料中沿超声传播方向的一维温度场分布。为了证明方法的可行性,文章使用铝板进行了实验并得到了准确的材料表面温度场分布图像。超声测温技术将作为一种新型的热点技术,将有很大潜力被用在工业材料高温操作过程中的表面温度场成像。     

浑水的声衰减

黄河水含有大量悬浮细粉沙,它是一种泥沙混合物的悬浮液,声波在其中传播时有严重的衰减.无论是从声波在浑水介质中传播的物理研究,还是从黄河治理所用的水声设备角度来说。研究并实际测量黄河浑水介质的声衰减都是一项有意义的工作.若在黄河现场进行较全面的声波衰减的测量,是有很大的困难性和局限性的,这就有必要在实验室内人为的制造“黄河浑水”.为此,我们从八二年的下半年开始筹备。经过半年多的努力,从制造浑水到实际测量,现已告一段落.     

无限流体中孔隙介质圆柱周向导波的传播特性

为研究无限大流体约束的孔隙圆柱中周向导波的传播规律,分析孔隙参数对导波传播特性的影响,建立了无限流体中孔隙介质圆柱的理论模型,利用孔隙介质弹性波动理论,建立了周向导波频散方程,通过数值模拟计算得到无限流体中孔隙介质圆柱的频散曲线,探讨了圆柱半径和孔隙参数对导波传播特性的影响,并对导波的衰减特性进行了分析;通过数值计算,得到了周向导波的时域波形,讨论了孔隙参数对波形的影响.结果表明,孔隙介质圆柱半径的改变影响圆柱尺度,孔隙度的改变影响孔隙介质中体声波的波速,都对周向导波频散曲线产生一定的影响,所得到的频散曲线特征及衰减曲线与时域波形吻合.研究结果对开展无限流体中孔隙介质圆柱的超声无损评价提供了一定的理论参考.     

同轴结构中压力波法测量空间电荷分布的物理模型研究

从压力波法测量平板样本中空间电荷分布的理论分析出发,提出了对于同轴结构的固体电介质中空间电荷分布的压力波法测量的物理模型,并得出了测量电流的解析的数学表达式.依据泊松方程,考虑样品内的电场强度、介电常数和空间电荷密度随外界声波扰动而发生变化,将圆柱试样受到的压力波的影响分解成样品形变和质点位移两部分,进而得到了以同轴结构中空间电荷分布的压力波法测量的电压与电流表达式.测量电流的数学表达式表明,对于同轴结构,压力波法的测量电流信号不像平板结构中那样基本正比于空间电荷分布,而是应该做进一步的修正处理.     

声脉冲法空间电荷测量系统的研究

气体中空间电荷的分布与电晕放电的机理紧密相关, 获取电晕放电过程中空间电荷分布对深入研究电晕放电起始、自持过程有着重要作用, 但是如何准确获得电晕放电过程中的空间电荷分布一直是国际上尚未解决的难题. 本文基于声脉冲法提出一种电场信号解耦算法, 推导了空间电荷在声场中被调制产生的电场信号与声脉冲信号和空间电荷密度之间的数值关系, 讨论了不同测量情况下声发射系统的设计要求; 搭建了一套可用于实时测量针板电极电晕放电空间电荷分布的非接触式测量系统, 该系统主要包括声脉冲发生模块、空间电荷模块及电场信号解耦算法模块. 运用该系统实现了声脉冲激发作用下电场信号的测量, 通过提出的电场信号解耦算法得到了空间电荷密度, 对其测量结果与电晕电流法测量结果进行比较, 验证了电场信号解耦算法的有效性. 该算法可以应用于空间电荷一维、二维和三维测量系统中.     

除垢超声波传播影响因素的理论研究

从一维平面波理论入手分析了超声波声压分布特性。依据多普勒频移原理,在声场的运动方程,连续性方程,波动方程的基础上,建立一个超声波在流动的液体中传播的控制方程。根据轴对称模型的实际特点,简化了所得方程,并求出解析解。结果表明流动液体可以产生声波的衰减。液体的黏滞性是产生超声波衰减的重要原因。超声波的频率较高,液体的黏滞性对超声波衰减影响明显。依据黏滞力与速度梯度的关系,建立一个超声波在黏滞液体传播的控制方程,并依据边界条件求出解析解,反映了媒质黏滞性对超声波传播尤其是衰减特性的影响。     

Mixed crystals in polymer blends: Polypropylene-polybutene-1 system

A method of preparing solid solutions of chemically different polymeric molecules in the crystalline state is reported. The characteristic feature of the method is the high longitudinal flow gradient in which one can achieve very high rates of crystallization as well as supercooling at constant temperature. In the present study, isotactic polypropylene-polybutene-1 blends of different compositions were investigated, and solid solutions were observed up to 20% on each side of the phase diagram. The resultant crystalline blends were investigated by using transmission electron microscopy (TEM) and electron diffraction, wide-angle x-ray diffraction, differential thermal analysis, and mechanical testing. Structural studies reveal the presence of needle-like crystals within the blends. The thermal stability of the blended crystals is unexpectedly high with no major changes in the structure upon annealing. The mechanical properties exhibit only small changes for the different blends.     

Acoustic characteristics of pulse detonation engine with ellipsoidal reflector

Acoustic characteristics of a pulse detonation engine(PDE) with and without an ellipsoidal reflector are numerically and experimentally investigated. A two-dimensional(2 D) non-splitting unstructured triangular mesh Euler solver based on the space-time conservation element and solution element(CE/SE) method is employed to simulate the flow field of a PDE.The numerical results clearly demonstrate the external flow field of the PDE. The effect of an ellipsoidal reflector on the flow field characteristic near the PDE exit is investigated. The formation process of reflected shock wave and reflected jet shock are reported in detail. An acoustic measurement system is established for the PDE acoustic testing. The experimental results show that the ellipsoidal reflector changes the sound waveform and directivity of PDE sound. The reflected shock wave and reflected jet shock result in two more positive pressure peaks in the sound waveform. The ellipsoidal reflector changes the directivity of PDE sound from 20 to 0. It is found that the peak sound pressure level(PSPL) and overall sound pressure level(OASPL) each obtain an increment when the PDE is installed with a reflector. The maximum relative increase ratio of PSPL and OASPL are obtained at the focus point F2, whose values are 6.1% and 6.84% respectively. The results of the duration of the PDE sound indicate that the reflecting and focusing wave generated by the reflector result in the increment of A duration and B duration before and near focus point F2. Results show that the ellipsoidal reflector has a great influence on the acoustic characteristic of PDE sound. The research is helpful for understanding the influence of an ellipsoidal reflector on the formation and propagation process of PDE sound.     

表层氟化温度对聚乙烯中空间电荷积累的影响

在实验室反应釜中于不同的温度(35 ℃, 55 ℃和70 ℃) 下, 以氟气体积浓度为12.5%的氟/氮混合气对热压制备的聚乙烯(PE) 片状试样(厚约0.8 mm) 进行了相同时间(2 h) 的表层氟化改性. 利用压力波法研究了氟化温度对PE中空间电荷积累的影响. 结果显示, 随着氟化温度的提高直流高压作用下的氟化试样中的空间电荷积累明显减少, 这个70 ℃的氟化试样中几乎没有空间电荷. 衰减全反射红外分析表明, 氟化引起了试样表层化学组成的本质变化及氟化度随氟化温度的明显提高. 接触角测量与表面能计算间接地表明了这些氟化层有显著增大的介电常数. 开路热刺激放电电流测量进一步揭示了这些氟化层 不同的电荷捕获特性, 及随着氟化温度的提高氟化层对化学杂质从半导性电极向PE扩散的增强的阻挡特性, 因此表明氟化层中自由体积的相应减小. 表层自由体积的减小对抑制空间电荷的积累, 比介电常数的增大和电荷陷阱的变化起到更加显著的作用.     

环氧树脂高温分子链松弛与玻璃化转变特性

环氧树脂是电力设备中广泛应用的一种绝缘材料, 其介电性能受到分子链运动特性的影响. 本文制备了直径为50 mm、厚度为1 mm的环氧树脂试样, 采用差示扫描量热仪和宽频介电谱仪测试了环氧树脂的玻璃化转变温度和介电特性. 实验结果表明, 环氧树脂的玻璃化转变温度为105 ℃, 在玻璃化转变温度以上, 高频段出现了由分子链段运动造成的松弛过程, 低频段出现了由载流子在材料中迁移造成的直流电导过程. 发现环氧树脂不同尺寸分子链段的松弛时间不同, 其松弛时间分布较宽, 计算得到了分子链段在不同温度下的松弛时间分布特性. 分子链松弛峰频率和直流电导随温度的变化关系服从Vogel-Tammann-Fulcher公式. 拟合实验结果得到分子链松弛峰频率和直流电导的Vogel温度和强度系数. 由Vogel温度计算得到了与差示扫描量热测试结果一致的玻璃化转变温度, 约为102 ℃. 结果表明玻璃化转变温度以上环氧树脂的自由体积增大, 分子链段有足够的空间来响应外电场从而产生分子链松弛极化, 载流子有足够的能量在材料中迁移形成电导.     

风电螺栓轴向应力超声测量标定实验研究

针对超声导波法测试螺栓轴向力精度不高的问题,根据双波法测量螺栓轴向应力的基本原理,分析了系统误差和温度误差对测量精度的影响,建立了简便有效的声速标定测试试验系统。通过对10.9级42CrMoA风电螺栓的实际测试和数据处理,实现了基于声弹性效应的螺栓轴向应力标定测试,超声纵波实测误差不大于±2%,纵横波联合测量误差不大于±5%,并在风电领域得到了实际应用,完全满足工程应用需求。     

Errors when assuming locally reacting boundary condition in the estimation of the surface acoustic impedance

Numerical simulations usually require boundary conditions in terms of surface acoustic impedance. The surface acoustic impedance depends on the porous material acoustic properties (e.g., characteristic impedance and wave number) and its thickness as well as the type of wave front impinging on its surface. The locally reactive behaviour hypothesis is often assumed to simplify the choice of proper boundary conditions assigning a constant acoustic impedance value on the porous material surface at a given frequency and for each angle of sound incidence. This hypothesis is also used in measurement procedures or for the estimation of the edge effects.     

高分子梯度溶液吸声机理的研究

制备了高分子均匀溶液和梯度溶液,并在声管中测试其声衰减性能.实验结果表明,高分子梯度溶液的声衰减效果明显优于(即大于)相应的均匀溶液的声衰减.根据连续分层介质中声波传播理论建立了计算高分子梯度溶液声衰减的数学模型.计算结果与实验结果一致.由实验和理论分析结果得出了高分子梯度溶液的梯度吸声机理,即多次反射、多次吸收,最终将声能转化为热能.