SF-10深海复合棒振子的设计及其布阵应用

由于主动声呐系统中低频大功率发射声阵的需要,具有单向辐射能力的复合棒振子,已被广泛应用于大型声阵中作为布阵振子。随着深海远洋事业的发展,对复合棒振子更增加了耐静水压、自重轻的要求。由此发展起来的无外壳,无去耦材料下能自身形成单向辐射指向性图案的锥形复合棒振子逐渐引起人们的重视。如R.E.Horitta的工作。对于一般复合棒振子,     

离散障板稀疏圆柱基阵

本文设计了一种新型的离散障板稀疏圆柱基阵。它采用了离散的三叠层宽带散射矩形反声障板，阵元接收面朝向障板和基阵阵元稀疏排列的布阵技术。阐述了基阵的设计特点并理论计算了障板和基阵的设计原理和声学性能。经过湖上试验和数据分析，证明这种新型的基阵和法国ＥＬＥＤＯＮＥ基阵的声学性能相当，是一种先进的新型潜用圆柱基阵。     

声波测井压电振子的有限元分析

压电振子是新一代方位声波测井仪器中相控圆弧阵声波辐射器的重要组成部分。利用有限元法对构成圆弧阵的压电振子进行了设计分析,结果显示了压电振子存在多阶弯曲振动模态,且长度方向一阶弯曲振动能够满足方位声波测井的工作频率要求。针对长度方向一阶弯曲振动模式,数值模拟了几何尺寸对压电振子性能参数的影响。压电振子的谐振频率随着陶瓷片长度、基片或陶瓷片厚度的减小而降低;压电振子的辐射声功率随着陶瓷片长度或压电振子宽度的增加、基片或陶瓷片厚度的减小而增大;合理地选取长度和厚度可使压电振子具有较高的机电耦合系数。数值模拟结果可以对圆弧阵结构优化设计起到良好的指导作用。     

有限非均匀空腔障板对换能器指向性的影响

声障板可以改善换能器的灵敏度和指向性,是换能器及基阵设计中必不可少的声学结构。本文建立了有限空腔障板和非均匀空腔障板的模型。利用射线声学的理论,研究了以上两种障板对换能器指向性的影响,结果表明障板的边缘和障板的厚度变化都会影响换能器的指向性。文章最后给出了部分实验结果,理论结果与实验结果基本相符。     

低频宽带大功率“星型”柱面发射换能器

提出一种具有水平无指向性、低频、宽带、大功率特点的新结构换能器——“星型”柱面发射换能器,换能器由共享后质量块的6个复合棒换能器按“星型”方式组成柱面结构。采用有限元方法对换能器进行了分析设计并制作了换能器样机。在1—10 kHz内,换能器有3个主要工作模态,前两阶工作模态对换能器工作带宽的展宽有贡献,第三阶模态显示出较强的指向性,水池测试换能器具有1倍频程的工作带宽,最大声源级为199.1 dB。有限元模拟结果和实验结果符合较好。研究结果表明,新结构换能器在满足水平无指向性的前提下,利用复合棒的纵振及辐射面的弯曲振动实现了低频、宽带、大功率的要求,提供了一种设计该特性换能器的新思路。      

无障板圆形活塞换能器的辐射阻抗*

辐射阻抗是换能器的最重要辐射声场特性参数之一,影响着换能器的谐振频率、频带宽度、效率以及辐射声功率等。经典声学理论用一阶贝塞尔函数和斯特鲁夫函数给出了圆形活塞换能器辐射阻抗的数学表达式,但仅适用于无限大障板条件。该文用ANSYS有限元软件计算了无障板圆形活塞换能器的辐射阻抗,给出了数值解结果,通过与无限大障板条件下的理论结果相比较,显示了二者之间的偏离情况,尤其是在低频时差异显著。为了借助MATLAB工具模拟无障板圆形活塞换能器的辐射阻抗,并给出较准确的数学表达,选择了一系列初等函数以及它们的复合函数进行曲线拟合,最终给出了辐射阻和辐射抗关于ka的函数表达式,在ka值从0.08到20范围内与有限元计算结果很好吻合。     

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。     

无障板圆形活塞换能器波束特性建模

针对ka<π时无障板活塞声源波束特性不能用无限平面障板活塞换能器理论进行描述的问题,提出一种基于有限元方法结合曲线拟合的简便数学建模方法.模型采用了无限平面障板活塞换能器理论的基本函数表达,通过增加修正因子函数来改变模型的细节部分,用曲线拟合方法给出了较准确的两个修正因子函数的数学表达式。最终建立了无障板圆形活塞换能器波束特性经验公式模型,模型在ka为0.03~5.2范围内与有限元方法给出的波束曲线相一致,并且在ka取更大值时与无限平面障板活塞换能器理论公式等效.      

具有弹性障板的有限长充液管道的管口声辐射

求解了下端自由、上端带弹性障板的有限长充液管道,在下端受到流体脉动激励时,上端管口向水下半无限空间的声辐射。求解过程中,管道部分采用行波法求解,其中管壁与管内流体的耦合归结到求解充液管道的色散曲线;弹性障板的振动部分则采用模态法来求解,其中弹性障板及管口与外界流体间的声振耦合最终归结到求解模态的辐射阻抗。数值研究表明:管口辐射的流体声和弹性障板辐射的结构声对系统的声辐射均有较大的贡献。     

局域共振声子晶体复合结构的隔声特性

提出一种四振子对称局域共振声子晶体单元结构,通过改变振子的材料组份,使其在不同频率范围内存在完全带隙以及隔声峰;为拓宽结构隔声的频率范围,通过将不同结构复合的方式,使各结构在不同频率段发挥较好的隔声效果,从而实现隔声范围拓宽;采用有限元法研究了影响复合结构隔声效果的关键因素.结果表明,采用不同结构复合的方法能够有效地拓宽结构的隔声范围.该研究为声子晶体的宽频隔声提供了理论参考.     

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。     

影响反声障板增益的因素

障板的反射系数一般是指声波垂直入射时的反射声波与入射声波的幅值比,不能全面反映障板的使用效果。在实际应用中,障板的实际增益受到障板自身的声特性、换能器到障板的距离、声波入射角度、声波频率等众多因素的影响,反射系数很高的反声障板,实际增益却可能为负。本文使用相对灵敏度级(Relative Sensitivity Level)来衡量反声障板的"真实"增益,论述了相对灵敏度级的计算方法,对影响反声障板增益的因素进行了研究。     

金纳米棒三聚体中的等离激元诱导透明

基于金纳米棒构成的三聚体微元结构模型,详细地研究了等离激元诱导透明(plasmon induced transparency,PIT)现象产生的物理过程.研究发现,三聚体的吸收谱线随着其耦合距离以及尺寸的变化,竖直金纳米棒所对应的偶极明模在平行双长条金纳米棒对应的暗模作用下会产生分裂.依据这一结果提出了一个新的物理解释,PIT现象的产生主要来自于竖直金纳米棒中偶极振荡的模式分裂后的相干叠加.同时,考虑到两个振子之间的耦合会伴随着一定的相位关联性,进而引入了耦合相位因子修正了洛伦兹振子耦合模型,解析地研究了耦合相位因子对吸收谱的调控作用和分裂明模之间的相干叠加效应对PIT效应的影响.这为在纳米尺寸范围设计人造原子、光开关、慢光效应等方面的应用提供了理论参考.     

LOFAR——一种威力巨大的新型射电天线阵

LOFAR实际上是一个甚长基线综合孔径射电阵,工作在地球上所允许的最低频段上.它对不同振子引入恰当的时延与相移来实现电子指向而跟踪,因而无运动部件,并且具有能同时指向多个目标和实现多种观测模式的各种优点,故不仅价廉且高效、灵活.由于用半波振子作为接收天线,因此,该阵还具有大视场的优点.文章将对此天线阵作一全面的介绍.     

压电振子的多维耦合振动(Ⅱ)——复合压电振子

本文利用表观弹性法分析了复合压电振子的三维耦合振动的基频本振方式,得到了振子共振频率的很简单的解析表达式并由此计算了频率常数随振子尺寸变化的关系曲线。本文的计算结果同已发表的用有限元法计算的结果满意地符合。由于计算公式十分简单,因此共振频率的计算可以用微型计算器很快计算出来而无需用电子计算机,所以这种方法对工程设计和估算来说要比有限元法简便得多。 此外,还给出了有限长圆柱中“纵波”相速的频散公式,并与无限长圆柱中的公式进行了比较。 本方法也可用来计算其它复合压电振子的共振频率。     

有源相控阵天线阵面冷板设计与优化

针对有源相控阵天线阵面散热问题,设计了一种冷板作为热沉、子阵外壳为均温板的散热结构,通过热仿真分析和试验测试该冷板的散热性能,在此基础上对冷板结构进行优化,采取冷板作为流量分配网络、子阵盲配通液的散热结构改善散热性能,结果表明,优化后散热结构相对原散热结构的冷板散热性能有较大提升,子阵外壳与冷板的温度和温差有较大改善,为冷板的结构设计提供一定的参考意义。     

摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型研究

提出无磨损界面摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型，指出滑动摩擦过程同时存在整体做低频弹性振动的宏观振子和界面原子受激励产生热振动的微观振子，并在此基础上分析了宏观振子和微观振子对摩擦能量耗散的不同影响. 通过对界面原子的动力学分析，指出摩擦过程界面激励力的频率是能量转换的关键:在平衡力作用阶段，界面作用力的频率趋于零，因而可以直接作用到每个原子，力的作用效果是整体和均匀的；在失稳跳跃阶段,由于界面激励力的频率极高，造成摩擦界面原子获得的能量分布很不均匀，从而产生不可逆的能量耗散过程. 与目前通用的独立振子模型比较，复合振子模型能够更准确描述摩擦能量耗散过程，可为摩擦控制提供理论指导. 关键词： 摩擦 能量耗散机理 复合振子模型 独立振子模型     

轨道炮复合身管纤维缠绕封装结构优化设计及预应力模拟

介绍了电磁轨道炮复合身管纤维缠绕封装的结构优化设计方法。给出了50mm复合身管纤维层的缠绕厚度、缠绕角、层叠次序优化结果。基于生死单元及多步连续降温,给出了缠绕增强复合身管的预应力逐层模拟方法。采用分步逐层随机搜索法,优化了纤维缠绕张力制度,详细分析了两种状态约束下的张力优化结果,并给出了对应的身管初应力场和发射叠加应力场。优化结果表明,Ⅱ型张力方案中身管复合层发射前及发射过程的应力分布满足身管预应力设计要求。     

激光二极管阵列端面抽运复合棒状激光器热效应的有限元法分析

建立了激光二极管阵列(LDA)端面抽运棒状激光介质的数值模型.考虑到介质与空气的对流换热和介质的热力学参数随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限元法得出了复合棒状介质和未复合棒状介质内瞬态温度、热应力和应变的时空分布,分析了温度、热应力和应变随抽运功率、换热系数和时间的变化规律.结果表明,复合棒的最高温度、最大张应力和最大轴向应变的位置与未复合棒不同,并且数值分别为未复合棒的73%,60%和33%.由此可知,利用复合棒可极大地减小热效应的影响.理论分析结果可为LDA抽运固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考.     

自制球—棒弹性碰撞演示仪

本文提出了用对比和演示的方法加深“转动惯量”概念和“角动量守恒”条件的理解，并具体介绍了“球－棒弹性碰撞演示仪”的设计思想、结构、制作和演示内容．