有限元/边界积分方法在海面及其上方弹体目标电磁散射中的应用

本文将有限元/边界积分方法(FE/BIM)结合区域分解方法引入到粗糙海面及其上方目标 的电磁散射问题的研究中. 由于积分边界可以以任意形状设置在距模型表面任意远的距离处, 故本文采用共形人工边界结合区域分解建模方法截断模型的开放计算区域以减少求解未知量, 在截断区域内部采用有限元方法求解, 而计算区域的边界条件通过边界积分方程方法得到. 通过与矩量法获得的数值计算结果进行比较, 证明了该混合算法及模型处理方法的正确性, 进而研究了海面上方弹体目标的电磁散射特性, 并讨论了其双站散射系数随电磁波入射角度、目标高度、海面风速以及弹体尺寸的电磁散射特性变化情况. 本文结果可用于反演复杂背景下的目标信息及目标探测等领域. 关键词： 电磁散射 粗糙海面 目标 有限元/边界积分方法     

Navier-Stokes方程的有限元边界元耦合方法

主要研究了三维外部区域上具有Dirichlet边界条件的非定常Navier-Stokes方程的有限元边界元耦合方法,并分析了这一数值解的收敛速度.     

有限元-边界法在光电目标散射计算中的应用

为了解决三维目标电磁散射计算中准确性与有效性的矛盾,建立了有限元-边界法的计算模型,对三维腔体目标的电磁散射计算方法进行了研究。首先,分析了针对三维电磁腔体目标的电磁散射计算边界积分方法,引入了矢量格林函数,利用麦克斯韦方程得到电磁场形式与三维腔体形式的关系,建立了三维开口腔体边界模型;然后,结合光电目标曲面建模方法及高阶基函数的方法,建立了三维光电目标的有限元泛函,完成了有限元-边界法在三维腔体目标电磁散射计算中的应用;最后,进行了实例验证。分析显示,当三维腔体内部为空或为各向异性物质时,角度吻合非常理想,与传统模式匹配法所得结果的吻合度达90%以上。结果表明,采用本方法对三维腔体目标进行电磁散射计算,准确度、效率均有所提高。     

三维声学多层快速多极子边界元及其应用

快速多极子边界元算法可以加速矩阵和向量乘法运算, 将传统边界元算法的计算量和内存占用量分别降为O(N log²N)和O(N), 适用于大型声学模型模拟计算. 本文发展了一种基于Burton-Miller方程的三维多层声学快速多极子边界元算法. 将新的自适应树状算法应用到对角形式的快速多极子边界元算法, 并使用最新提出的解析式源点矩计算公式, 进一步提高了快速多极子边界元的计算效率. 绝对软球体在内部共振频率处的散射声场计算, 验证了所发展算法在共振频率处求解的正确性. 与Bapat所提供的程序在多脉动球体辐射声场计算精度的比较, 验证了算法及程序在大型模型声学计算中的准确性, 同时显示了其求解的高效性. 最后, 将该算法用于车内声场及水下声学探测的分析计算.     

鳀鱼(Engraulis japonicus)目标强度的模型法研究

采用声散射理论和目标强度近似模型评估法对黄海鲤鱼（Engraulis japonicus）的声散射特征和目标强度进行了数值计算与评估研究。散射模型由鱼鳔模型和鱼体模型两个部分构成，其中鱼鳔采用充满气体的椭球体模型，鳔除外的鱼体采用充满液体的椭球体模型。理论数值计算所需参数取自全长12．6cm的鲤鱼个体，其鱼鳔尺寸利用X光照片测得。平均目标强度利用模型算得的不同角度下的声散射强度与鲲鱼倾角分布函数的卷积计算，其中倾角（度）的分布函数设为N（-3．9，12．8^2）。结果显示，鲲鱼对声波的散射具有明显指向性；在38kHz和120kHz工作频率下，鲲鱼的最大背向目标强度分别为-41．2dB和-39．5dB，有效平均目标强度分别为-48．0dB和-51．5dB，与实测结果吻合较好。另外还对鲲鱼的反向散射指向性特征、目标强度的频率特征以及鱼鳔对鲲鱼整体目标强度的贡献等进行了分析与讨论。以上研究表明，模型法作为现场测定研究方法的重要补充和认知鱼类声学散射特性的有效途径，可在我国鱼类目标强度的研究中发挥重要作用。     

一类各项异性半线性椭圆方程自然边界元与有限元耦合法

将冯康和余德浩提出的自然边界归化方法用于研究一类半线性椭圆方程外区域问题,提出一种自然边界元与有限元的耦合算法、针对某一类半线性椭圆方程,应用变分原理,研究其弱解性及Galerkin逼近,得到有限元解的误差估计及收敛阶O(h^n),最后给出相应数值例子。     

近岸4种鱼的声散射特征提取及融合实验研究*

为了有效地提取表征鱼类间差异的声散射特征参数,该文通过绳系法实验研究了近岸4种经济鱼类的声散射信号特征提取及融合方法。首先,通过自研双频鱼探仪采集花鲈、许氏平鲉、黑鲷和斑石鲷的个体鱼声散射信号;然后,分别测定200 kHz和450 kHz换能器下鱼体的目标强度,同时提取鱼声散射信号的时频域统计特征;最后,将降维后的时频特征与频差特征融合组成新的特征向量。该文通过实验验证了该方法的有效性,基于组合特征的支持向量机识别准确率达93%。结果表明,鱼的频率响应特性和鱼声散射信号的时频域统计特征能一定程度上反映鱼的固有属性,有效地增加判别依据能显著提高以上4种鱼类的识别准确率。     

轴对称体声振耦合的边界子波谱与有限元耦合方法

探讨了子波在Helmholtz积分方程及声振耦合中的应用,在建立了求解轴对称Helmholtz积分方程的子波谱方法的基础上,构造了轴对称子波谱与轴对称有限元的耦合方法,该方法可以处理轴对称问题的任意边界条件.进行了声振耦合问题的模态分析.     

三维海洋波导中多声散射的数值解

研究三维海洋波导中多障碍物的声散射问题.基于Galerkin变分原理和DtN映射方法,发展一种自然边界元与有限元耦合的求解方法,提出有效的数值实现方法,避免常规有限元中需要采用吸收边界的缺点.对多种形状多障碍物的数值计算结果表明,所建立的理论方法是有效的.     

应用有限元和边界元法计算方坯软接触结晶器的电磁场

给出了用有限元和边界元相结合的方法计算方坯软接触结晶器内钢液电磁场分布的全过程,并对4面体单元基础上的Whitney边元素,H-Φ方程及边界积分方程的离散方法作了重点解释.采用有限元和边界元相结合的方法来计算电磁场的分布可以大大减少计算工作量和计算时间.自行开发了三维电磁场计算程序,将数值模拟结果与物理实际进行了比较.     

An inversion modelling method to obtain the acoustic power of the noise sources in a large factory

A common problem for large factories that wish to decrease their environmental acoustic impact on neighbouring locations is to find out the acoustic power of every noise source. As these factories cannot stop their activity in order to measure each source individually, a procedure is needed to obtain the acoustic powers with the factory under normal operating conditions. Their contribution to the overall sound pressure level at each neighbouring location can then be found and it is possible to calculate the improvements obtained after any modification of the sources. In this paper an inversion modelling method is used to do so. Acoustic powers are obtained by means of field sound pressure level measurements and with the use of a sound propagation software. A careful analysis of the solution has been carried out by simulating errors on the measured data in order to detect possible correlations between the acoustic power of different sources and avoid misleading interpretations of the results. The whole methodology has been applied to a liquid-gas production factory.     

不等间距非直线三元阵在水声平面声源被动定位中的应用

根据实际实验环境和布放需求,在对称直线阵被动定位基本理论基础上,推导了不等间距非直线三元阵进行水声被动定位的精确显式公式,将非直线阵形误差角用于修正测距、测向过程,并采用平均法和卡尔曼滤波法对实测数据的中间处理结果和最终结果进行后置处理。海上试验结果验证了算法的正确性,在近距离有效范围内取得较为满意的目标定位结果。     

Modulation instability of the stimulated Brillouin scattering in fibers in a presence of acoustic diffraction

An influence of acoustic wave diffraction on the modulation instability of the backward stimulated Brillouin scattering in fibers is numerically investigated, when a small feedback for the Stokes wave is present. The cases of acoustic waveguide and anti-waveguide fibers are considered. It is shown that a presence of acoustic diffraction may expand the region of occurrence of modulation instability and may lead to 2–5 times increasing the peak amplitude of output Stokes pulses. In this case, a stable train of short powerful Stokes pulses of nanosecond duration is produced at the output.     

Ge_xSi_(1-x)/Si超晶格中周期不均匀对折叠声学声子拉曼线宽的影响

本文报导了在 Ge_Si_(1-x)/Si 超晶格中观察到了超晶格周期不均匀导致的折叠声学声子拉曼谱线展宽,这种谱线展宽与折叠指数(m)有关,折叠声学声子的谱线越宽,m 相同的折叠声学声子具有相同的线宽。     

弹性波速径向变化在非常规储层可压性评价中的应用

非常规储层的开发均需要进行压裂,所以对非常规储层可压性的评价就变得很重要。岩石的脆性是影响储层可压性的重要因素,是优选压裂层位的重要指标。该文在单极子波形正演模拟及波速径向变化计算的基础上,针对非常规储层,应用弹性波速径向变化来评价储层脆性,并分析这种方法在非常规储层可压性评价中的应用效果。通过实例分析可看出,对于相邻两套致密砂岩储层,脆性好的井段压裂后产能也较高,证实了此方法对可压性的分析结果;对于煤储层,煤层段弹性波速降低明显,反映煤层可压性较好,这与煤层段的压裂效果也是相符的。所以,对于非常规储层,基于弹性波速径向变化评价脆性的方法能够很好地反映非常规储层可压性的强弱。     

浅海环境中应答器法测量水下平台声目标强度的理论分析

应答器法是在浅海环境中测量水下运动平台声目标强度的常用方法。根据简正波理论分析浅海点源声场的空间特性,指出不同号简正波之间的相互干涉是导致声场空间起伏的主要原因。对基于应答器法的水平平均测量法(HAM法)进行了理论分析,并提出一种新的浅海环境中水下运动平台目标强度的测量方法,即垂直平均测量法(VAM法)。对比了HAM法和VAM法的有效性、物理意义、试验效率和技术难度,分析表明二者物理意义相同,VAM法比HAM法具有更高的有效性和试验效率,不过其技术难度更大。     

Effect of built-in electric field on electron Raman scattering in InGaN/GaN coupled quantum wells

Electron Raman scattering (ERS) in wurtzite In_xGaN_1−x/GaN coupled quantum wells (CQWs) is investigated by effective-mass approximation and second-perturbation approach, including a strong built-in electric field (BEF) effect due to the piezoelectricity and spontaneous polarization. The dependence of differential cross-section (DCS) on structural parameters of CQWs is studied. Our results show that the strong BEF gives rise to a remarkable reduction of the DCS, which is around three orders smaller than that of the CQWs without BEF. With the presence of the BEF, the emitted photon energy decreases about 10 times as a consequence of quantum-confined Stark effect.     

在线超声检测系统中螺旋线圈换能器的应用

针对在线车轮超声检测系统的工程应用,研究了圆形螺旋线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场.给出了涡流、等效表面力源和辐射声场的计算方法,分析了圆形螺旋线圈换能器在钢试块上的辐射指向性.结果表明,辐射的圆周径向偏振横波为两边瓣中空指向性,对理解圆形螺旋线圈换能器的辐射声场和在重载货车车轮轮辋在线辋裂缺陷...     

Study on the electromechanical coupling coefficient of Rayleigh-type surface acoustic waves in semi-infinite piezoelectrics/non-piezoelectrics superlattices

The electromechanical coupling coefficient of Rayleigh-type surface acoustic waves in semi-infinite piezoelectrics/non-piezoelectrics superlattices is investigated by the transfer matrix method. Research results show the high electromechanical coupling coefficient can be obtained in these systems. The optimization design of it is also discussed fully. It is significantly influenced by electrical boundary conditions on interfaces, thickness ratios of piezoelectric and non-piezoelectric layers, and material parameters (such as velocities of pure longitudinal and transversal bulk waves in non-piezoelectric layers). In order to obtain higher electromechanical coupling coefficient, shorted interfaces, non-piezoelectric materials with large velocities of longitudinal and transversal bulk waves, and proper thickness ratios should be chosen.     

时域小波Galerkin法在有耗地面与任意目标复合散射中的应用

采用时域小波Galerkin(WGTD)方法计算了有耗地面与三维目标的复合散射,其中连接边界采用三波法.得到近场数据后,为避免复杂的Sommerfeld积分用互易原理简化了外推过程.计算了地面目标的雷达散射截面,验证了WGTD方法的精度和有效性.与时域有限差分方法相比,WGTD方法具有色散线性好、节省内存、计算速度快等优点. 关键词： 时域小波Galerkin法 复合散射 有耗半空间