弱正交异性材料残余应力测量的声弹性方法

为了适应工程材料的残余应力无损测量的要求,本文将横波和纵波声弹性相结合,建立适用於弱正交异性材料的平面声弹性残余应力测量方法,并应用该方法及自行研制的横波换能器对焊接试件的二维残余应力进行了测试。     

ANALYSIS ON ACOUSTICAL SCATTERING BY A CRACKED ELASTIC STRUCTURE

The acoustical scattering by a cracked elastic structure is studied. The mixed method of boundary element and fractal finite element is adopted to solve the cracked structure-acoustic coupling problem. The fractal two-level finite element method is employed for the cracked structure, which can reduce the degree of freedoms (DOFs) greatly, and the boundary element method is used for the exterior acoustic field which can automatically satisfy Sommerfeld‘s radiation condition. Numerical examples show that the resonance frequency is lower with the crack‘s depth increase, and that the effect on the acoustical field by the crack is particularly pronounced in the vicinity of the crack tip. This mixed method of boundary element and finite element is effective in solving the scattering problem by a cracked structure.     

B2型钽钨有序合金的声子色散关系的研究

应用改进分析型嵌入原子法模型和晶格动力学理论,计算了金属钽和钨以及B2型钽钨有序合金的原子力常数和动力学矩阵,模拟了金属钽和钨沿[ζ00]、[ζζ0]和[ζζζ]三个对称方向以及B2型钽钨有序合金沿[ζζ0]、[11ζ]、[ζζζ]和[ζ00]四个对称方向的声子色散曲线,并分析了B2型钽钨有序合金的振动特性.结果表明:金属钽和钨的声子色散曲线的模拟结果和实验值符合较好,特别在低频附近二者几乎一致;B2型钽钨有序合金中既有声频振动支又有光频振动支,光频支的振动频率均大于声频支的振动频率,且光频带和声频带之间由宽度约为0.82THz的空带隔开;在[ζζ0]对称方向上有六个独立振动模,在[11ζ]、[ζζζ]和[ζ00]对称方向上六个振动模均兼并为四个独立振动模,且各振动支的振动方向不尽相同.     

可实现防碰撞通信的新型声表面波温度传感器

针对多声表面波传感器系统中各传感器信息读取时会产生通信碰撞的问题,提出了一种可实现防碰撞通信的新型声表面波温度传感器;通过分析声表面波温度传感器的回波脉冲信号,将沃尔什码作为编码内容实现了多声表面波温度传感器系统中各传感器的正交编码;将传感器对应的匹配信号与系统回波信号进行互相关运算,提取了系统中各传感器的感测温度信息,达到了防碰撞通信的目标;该传感器兼顾编码效率和加工工艺两方面要求,简化感测信息提取的复杂程度;仿真实验验证了上述理论的正确性。     

S波段微波热致超声成像系统研究

微波热致超声成像技术通过向物体发射微波脉冲, 导致物体吸收电磁波温度迅速升高, 产生瞬时压力波, 从而激发产生超声波信号, 通过传感器对产生的超声波信号进行采集并成像, 最终还原了反映物体吸收电磁波能量特性的图像, 由于此方法兼具了微波成像的高对比性和超声成像的高分辨率特点, 理论上验证了热声成像技术对早期乳腺肿瘤检测的可行性. 本实验兼顾系统成像深度和分辨率, 采用S波段的微波脉冲信号源对物体进行辐射, 利用圆形扫描方式对待测物体进行检测, 同时为了更好的验证成像性能, 本实验同时使用了肿瘤仿体及实际生物组织进行成像实验. 通过实验分析, 验证了该系统对肿瘤仿体和生物组织检测的有效性, 以及系统的高分辨率和高对比度特性, 为早期乳房肿瘤检测提供了进一步的理论支撑.     

球状泡群内气泡的耦合振动

振动气泡形成辐射场影响其他气泡的运动, 故多气泡体系中气泡处于耦合振动状态. 本文在气泡群振动模型的基础上, 考虑气泡间耦合振动的影响, 得到了均匀球状泡群内振动气泡的动力学方程, 以此为基础分析了气泡的非线性声响应特征. 气泡间的耦合振动增加了系统对每个气泡的约束, 降低了气泡的自然共振频率, 增强了气泡的非线性声响应. 随着气泡数密度的增加, 振动气泡受到的抑制增强; 增加液体静压力同样可抑制泡群内气泡的振动, 且存在静压力敏感区(1–2 atm, 1 atm=1.01325×10⁵ Pa); 驱动声波对气泡振动影响很大, 随着声波频率的增加, 能够形成空化影响的气泡尺度范围变窄. 在同样的声条件、泡群尺寸以及气泡内外环境下, 初始半径小于5 μm 的气泡具有较强的声响应. 气泡耦合振动会削弱单个气泡的空化影响, 但可延长多气泡系统空化泡崩溃发生的时间间隔和增大作用范围, 整体空化效应增强.     

声子色散和磁场对极性晶体中极化子自陷能的影响

利用线性组合算符和幺正变换相结合的方法,研究了声子色散和磁场对极性晶体中极化子振动频率和自陷能的影响.计及纵光学(LO)声子色散,在抛物近似下导出了极性晶体中极化子自陷能随电子-纵光学声子耦合常数、回旋共振频率和声子色散系数之间的变化关系.数值计算结果表明极化子自陷能随电子-纵光学声子耦合常数、回旋共振频率和声子色散系数的增大而增大.     

高压下硝基甲烷分子温度的密度泛函计算

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(2d,2P)计算水平上对硝基甲烷分子进行了结构优化、频率和热化学分析.发现:在相同温度条件下改变压强,分子熵函数产生了改变,当温度和压强条件相同时,对于不同物质熵函数的改变是相同的.以热力学理论中麦克斯韦关系为基础,通过计算等温过程中分子的熵函数对压强的变化率,用数值拟合方法得到不同压强条件下分子温度的表达式:T=T0+(1-B)[18.3858+0.5392P]V0,式中T0、V0分别表示分子系统初态的温度和体积,T、V分别表示系统在末态的温度和体积,B是体积的压缩比.在选定参数的情况下该表达式可以计算不同压强条件下CHNO含能材料的分子温度.同时,以硝基甲烷为验证,选取基本参数V0和B,计算其在C-J条件对应的爆压14GPa下,分子温度为3461K,对应爱因斯坦温度,相当于3228cm-1的能量,在实验中该能量足以激发硝基甲烷分子内振动能量重新分配过程,有可能激发C-N键的红外振动而引起单分子分解反应的发生.因此,此表达式可用于预测含能材料撞击点火过程单分子分解可能的反应通道.     

频率-电流扫描3ω法表征纳米薄膜界面热阻

纳米薄膜与基体之间的界面热输运是MEMS系统热管理和热设计的热点和难点。建立了频率扫描3ω法的热阻抗网络模型。利用频率-电流扫描3ω法和不同厚度薄膜试样得到单层纳米薄膜与基体之间的界面热阻。ZrO_2、SiO_2增透膜与基体之间的界面热阻分别为0.108 m~2·K·MW~(-1)和0.066 m~2·K·MW~(-1)。发现界面热阻与扫描频率无关,未发现界面热阻随膜厚变化的尺度效应。实验和理论分析表明,声子近界面效应在增透膜和基体界面的热输运过程中起主导作用。     

基于数字式MEMS传感器的声阵列成像系统设计*

常规驻极体传声器阵列成像系统存在数据采集系统复杂、体积大的问题,因而阵列传感器数量一般不超过60个,成像质量较差。为此,本文以数字式MEMS声传感器基础设计了260个传感器的声阵列,数据采集系统由FPGA控制,并嵌入到前端阵列中,后端是在另一个FPGA控制下的1个DSP芯片和2个PC104模块组成的集成系统,其中高速DSP芯片完成阵列信号处理以实现声成像功能。该系统能够实现对普通车间环境下机械设备噪声、气体泄漏噪声的现场成像测试,形成动态声像图。测试表明,该系统抗干扰能力强、声像分辨率高、成像速度快,实用效果良好。