小波元方法在声子晶体周期结构中的应用

将双正交小波系统和谱元法的思想结合得到一般有界区域中的双正交小波元,将小波元的边界适应性推广到一阶微分的情形,通过匹配得到严格满足边界条件的小波基函数;基于小波元发展一种一维声子晶体能带计算方法.该方法利用声子晶体本身的结构特点,兼顾小波在数值分析中的优势和边界条件的满足,与周期小波法相比,具有更高的计算精度和计算效率.     

基于局域共振声子晶体结构的低频振动能量回收研究

通过对局域共振型声子晶体的带隙机理及其对能量的局域化作用的分析,提出了一种用于回收环境低频振动能量的新型局域共振结构,并结合有限元方法对此新型结构的振动特性和能量回收能力进行了分析和研究。根据结构的共振模态和“质量-弹簧”系统简化模型,改变结构的材料和几何尺寸可以使结构的前7阶共振频率降到50~250Hz的低频范围。在此基础上发展了一种低频宽带多核结构,在250Hz以下拥有几十甚至更多的共振频率,最低频率低至20Hz,进一步优化了结构的低频宽带共振特性。利用有限元软件对有限结构的频率响应和压电特性进行分析,证实了新型局域共振结构的对环境中低频振动能量的回收能力,并满足了环境振动能量回收的宽带要求。该结构可以应用于各种便携式设备、无线传感器和微机电等自供电系统中,从低频振动环境中的获取能量为自身供电。     

复杂形状封闭薄壳内部存在散射体时的内部散射声场计算

基于覆盖域的思想和方法，本文给出了复杂形状封闭薄壳在内部存在散射体时的内部散射声场计算表达式．研究结果表明，该内部散射声场可表示为封闭薄壳的内部散射声场和这些散射体的外部散射声场之和的形式．最后用数值分析验证了该结论的正确性．     

声学脉冲序列及全透声机理研究

本文研究一维周期性层状结构中材料弹性模量时变因素作用下的声透射临界现象, 探究了这种声学脉冲序列及全透声现象的内在机理. 考虑弹性模量时变因素的影响, 通过求解波动方程, 运用分离变量法解得特征指数, 进而得到临界现象. 当调制幅值低于或等于临界值时, 周期性结构能够将入射波转化为一系列周期的毫秒级的反射脉冲序列; 尤其在调制幅值等于临界值时, 当周期性结构的层数达到16层时, 反射脉冲序列有完整的0和1 的波形; 当大于临界值时, 反射系数在50 ms内迅速衰减至0, 此时的结构相当于完全透声, 入射波可以无损地完全透过, 产生调制透声现象. 这些特殊的现象可为声波的动态控制、声脉冲序列的产生和声波的定向传播提供重要的理论依据, 在超声换能器及调制透声方面具有实际的工程应用前景.     

应用保角变换法的亚音速矩形湍流射流理论研究

为求解亚音速矩形湍流射流的速度场结构,采用复变函数中的保角变换法将圆形喷口平面转化为矩形喷口平面;进而将已有的关于轴对称喷口射流流场的相关理论拓展到矩形喷口射流研究中,避免了在数值模拟中引入辅助方程、离散化、设置边界条件来求解三维N-S方程。通过该方法得到了矩形喷口宽高比AR分别为2、4、8时对射流结构的定量影响;求出了喷口尺寸为1×5mm2、喷口马赫数Ma=0.3时,喷口对称中心的宽、窄对称面内的速度云图。结果表明:宽高比AR越大,射流核心段长度越长,轴向衰减越慢;喷口面积为10cm2、20cm2时,加大宽高比可以缩短核心段长度且可加快轴向速度衰减,在射流宽、窄对称面都存在射流核心区与衰减区。首次提出速度分布的"马鞍面"主要集中在射流核心段内。通过与现有实验研究结果对比发现:核心段长度误差最小达到30%;轴向速度分布与实验结果吻合度也很高,误差在5%以内。因此,本文理论研究的正确性得到验证。本文所得结论可为进一步研究亚音速矩形射流结构与矩形喷口参数优化设计提供参考。     

一类球函数加法公式在多球体散射中的应用

首先利用格林函数的双中心球坐标展开式得到了一类球函数加法公式。对于多球体声学系统,可应用该加法公式将空间声场相对于每一个球体中心展开,这样可以很方便地利用每个球体的边界条件来研究多球体系统的声学散射问题。研究了两球体系统在不同边界条件下的散射声场,每个球的散射声场可通过求解由双重级数和耦合的两个无穷方程组得到。最后引入了形函数的定义,计算了两球体系统在平面波入射下的形函数,从而通过与现有文献的数值对比验证了本文理论公式的正确性。     

基于湍流类比的金属橡胶吸声特性定量分析

金属橡胶材料从表到里都具有大量互相贯通且混乱的孔隙, 经分析认为, 这种混乱性及一定的周期性与湍流中的不规则性和准周期性极其相似. 由于金属橡胶材料内部芯材结构的不规则性, 即便此时的雷诺数很小, 波在金属橡胶中的传播仍是以湍流流动为主. 因此, 引入Kolmogorov的关于湍流的局部各向同性概念, 同时对Kolmogorov关于湍流局部各向同性的两个假设进行类比. 从湍流物理模型出发, 借鉴了湍流的统计处理方法, 对金属橡胶材料的吸声特性进行定量分析, 得到金属橡胶材料的能量耗散率与其结构参数之间的表达式. 研究结果表明, 湍流统计方法的引入, 为基于金属橡胶材料的减振器、阻尼器、消声器等的优化设计提供了可靠的理论依据, 也为超轻金属多孔材料的工程应用提供了一种有效的定量分析方法.      

局域共振复合单元声子晶体结构的低频带隙特性研究

本文提出了一种新型局域共振复合单元声子晶体结构, 并结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究. 共振带隙产生的频率位置由所对应的局域共振模态的固有频率决定, 并且带隙宽度与局域共振模态的品质因子及其与基体之间的耦合作用强度有关. 采用局域共振复合单元结构可以实现声子晶体的多重共振, 在低频范围能打开多条共振带隙, 但受到共振单元排列方式的的影响. 由于纵向和横向局域共振模态的简并, 复合单元结构能在200 Hz以下的低频范围打开超过60%宽度的共振带隙, 最低带隙频率低至18 Hz. 这为声子晶体结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法. 关键词： 局域共振 低频带隙 复合单元 声子晶体     

平板在任意周期表面热扰动作用下的非Fourier热传导的求解与分析

分析了平板前表面遭受任意周期热扰动这类非Fourier传热情形下的温度响应. 采用双曲型热传导方程描述平板表面温度急速变化时的热传导问题. 为求解此类方程, 首先 利用分离变量法和Duhamel积分原理, 得到了平板前表面遭受突变热流和简谐热流两种情况下的解析解.然后, 在此基础上应用Fourier级数展开法和叠加原理, 获得了平板前表面热流任意周期变化时非Fourier热传导下温度场的解析表达式. 利用得到的解析表达式进行数值模拟, 分析了不同热松弛时间、 不同时刻和不同位置对温度响应的影响, 讨论了非Fourier热传导模型所给出的温度响应与Fourier热传导模型的差别. 这种方法能够处理许多在生产实际中具有周期边界条件的非Fourier热传导问题. 关键词： 非Fourier 热传导 周期变化 温度响应 平板     

利用激光光梯度力消除气溶胶雾霾粒子的机理研究

针对气溶胶雾霾粒子在大气流中所受力的平衡体系(旋转升力平衡重力, 粒子与粒子之间依靠斥力形成稳定的网状的力平衡体系)的问题, 提出了用激光光梯度力破坏力平衡进而消除雾霾的新机理. 首先, 根据牛顿第二定理, 得到了粒子所受力的非线性方程组, 应用Runge-Kutta 法积分求解了雾霾颗粒在大气流中所受的主要力(空气曳引阻力、范德瓦耳斯斥力、旋转升力)的数值, 成功验证了西安市2013年12月17-25日、2014年2月20-26日两次雾霾检测试验结论: 在雾霾过程中, 粒径在0.5-0.835 μm径段的粒子数浓度增加最明显. 其次, 在雾霾粒子形成的均匀介质中, 计算了激光光梯度力的大小. 研究发现, 激光光梯度力的数量级恒大于雾霾颗粒所受主要力的数量级, 激光光梯度力完全可以破坏雾霾颗粒所受力的平衡体系. 因此, 用激光光梯度力消除雾霾是可行的, 这种新的解决雾霾的方法对人们的实际生活、环保及创建美丽的蓝天具有非常重要的意义.