膨胀腔类超材料的传递损失

声学超材料及结构已被广泛研究,其超结构通常利用3D打印技术实现,当结构刚度较小或者面积较大时,由声固耦合所导致的声学效果与设计不符的情况广泛存在。该文针对含有膨胀腔类的超材料,研究了声固耦合对其声学性能的影响,采用有限元计算结合阻抗管实验的方法,得到其传递损失,分析了声固耦合现象对传递损失的影响。结果表明:薄壁膨胀腔结构的作用频率范围与只考虑声学理论计算的设计不符,声固耦合现象对传递损失产生显著影响;采用增加膨胀腔壁厚、减少膨胀腔内径或选择金属材料的方式,都可以使得声固耦合现象对传递损失的影响减小;仿真结果与实验结果基本吻合。对于膨胀腔类超材料,当刚度较小或者面积较大时,对其进行声固耦合分析是完全必要的。     

经典局域共振型水声超材料的吸隔声性能研究*

基于水声超材料吸声机理和多层平行介质平面波理论,建立局域共振型水声超材料结构,通过COMSOL进行建模计算,研究该结构的吸声性能机理,此外为了验证钢背衬的隔声性能,在该水声超材料结构基础上添加一层0.005m厚的钢背衬进行仿真对比。研究结果表明,在频段为200Hz-4000Hz时,水声超材料声学性能较好,吸声性能整体较优,且添加钢背衬的水声超材料隔声性能较优,甚至在某频率点达到15dB的隔声差值;此外通过位移场图进一步揭示水声超材料的吸声机理,发现水声超材料结构的位移场和钢背衬都对吸声性能会产生影响,钢背衬通过影响共振吸收来影响吸声性能,而位移场则通过位移幅度大小影响吸声性能。     

具有平均流的膨胀腔声学特性的三维边界元分析

本文将边界元法应用于具有平均流的管道及膨胀腔声学特性的三维分析，获得了具的平均流介质中声传播问题的边界积分方程和基本解。采用九节点二次等参单元离散边界表面并对物理量插值，对奇异积分采用极坐标变换法和间接法联合来消除奇异性，在棱边角点处区分不同方向的质点振速。文中对有无平均流时直管的四极参数及膨胀腔的传递损失进行了计算，并与一维理论及其它方法计算结果进行了比较。     

置于超高真空环境且控温的超稳光学腔的腔线宽及零膨胀温度点测定

高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力,在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用,将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹F-P腔,镀有1560.5 nm和637.2 nm双波长高反多层介质膜,放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145 GHz,腔线宽～100 kHz,得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30 000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5 nm激光倍频至780.25 nm,利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比,获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值,根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性,拟合得到零膨胀温度为(10.688±0.115)℃。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准,同时可有效压窄激光线宽,抑制相位噪声,是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的637.2 nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6 nm窄...     

二维磁流变包层声学超材料*

该文构建了以钨为内核、环氧树脂为基体、磁流变弹性体作为包层的二维局域共振型声学超材料,采用有限元方法分析了声波的能带结构、透射率、振动模。研究结果表明:利用外磁场可以调控磁流变弹性体包层的弹性模量,从而调节声学超材料带隙的中心位置和宽度,还可以通过改变磁流变弹性体包层的厚度来调节带隙的中心位置和宽度。这些方法对可调型声学超材料的设计有重要的参考意义。     

基于非对称结构全介质超材料的类电磁诱导透明效应研究

本文设计了一种非对称结构的类电磁诱导透明超材料结构,利用时域有限差分方法对其光学特性和类EIT效应进行了仿真分析,建立了其耦合洛伦兹模型,并对所设计超材料结构的类EIT效应进行了模拟分析.结果表明:利用两个长短不同的硅块明模和明模之间的耦合,在1555 nm附近实现了类电磁诱导透明效应;通过对该超材料的微结构参数进行优...     

人工智能超材料

人工智能的发展已经给人类社会的发展带来了极大变革,各种基于人工智能的新应用层出不穷.电磁和光学超材料对电磁波有强大的调控能力,且具有灵活的设计特性,尤其是可编程超材料的实时数字化调控能力,有利于基于人工智能技术的电磁超材料的设计和智能化应用.对超材料的智能化设计、智能化结构和智能化系统进行了阐述,对于人工智能技术与电磁...     

暗声学超材料研究

由于普通材料的固有耗散在低频区域的微弱性,长久以来,低频声波的衰减一直都是一个颇具挑战性的任务.为了能够在100—1000Hz范围内完全吸收某些频率的低频声波,文章作者设计了一种薄膜型的暗声学超材料样品:它是由在弹性薄膜上镶嵌有一些非对称性的硬质金属片而制成.实验表明,该样品在低频区域几乎能够百分之百地吸收声波,而在共振吸收频率处,空气中的声波波长要比薄膜的厚度大3个数量级以上.当共振发生时,硬质金属片的"拍动"导致很大的弹性曲率能量聚集在金属片的边界附近.由于薄膜的拍动模式与声波的辐射模式仅存在微弱的耦合作用,而弹性薄膜的整体能量密度又比入射声波的能量密度大2—3个数量级,该样品本质上是一个开放的共振腔,这也是它能够高效地吸收低频声波的原因所在.     

声子晶体和声学超构材料

声子晶体和声学超构材料进一步拓展了自然界中声学材料的弹性波性质.这种人工的复合结构材料,由于其周期结构的布拉格散射和局域共振特性,使得其具有奇异的色散特征,在某些频段具有负的有效弹性参数,带来了许多新颖的声学传播效应,例如声子带隙效应、负折射效应、超棱镜效应、超透镜效应、异常透射效应、异常隔声效应等.与此同时,在声子晶体和声学超构材料表面,一类具有亚波长特性的声表面倏逝波也引起了人们的关注,研究其激发、传播、耦合的过程对揭示声子晶体和声学超构材料的奇异声传播效应的物理本质具有重要意义.声子晶体和声学超构材料作为一类新型的人工声学结构材料,在隔声、防振、热控制以及新型声学器件研发等方面具有巨大的应用前景.文章综述了近十几年来国际国内关于声子晶体和声学超构材料的研究进展,并对其未来的研究发展方向做一评述.     

795 nm亚波长光栅耦合腔垂直腔面发射激光器的超窄线宽特性

基于共振耦合腔理论,提出并设计了基于亚波长光栅耦合腔的795 nm垂直腔面发射激光器((vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),利用COMSOL软件有限元方法对多光腔耦合线宽压窄机制和影响因素进行了详细分析,研究发现,当光子在多耦合腔中进行谐振时,通过合理设计光栅耦合腔参数,精确调控激光器多耦合腔相位匹配,极大地促进了光谱线宽共振压窄效应,并最终获得了高光束质量795 nm VCSEL 激光器的超窄线宽输出.理论结果表明,当耦合腔间隔层厚度为180 nm时,反射光谱冷腔线宽Δλ_c可以达到7 pm,为实现VCSEL激光器kHz量级光谱线宽输出奠定了理论基础.     

复材结构刚度与隔声量的计算及参数优化

论文旨在满足结构刚度指标的前提下最大程度地提高复合材料(以下简称"复材")结构的隔声性能。首先针对复材结构进行刚度分析,在铺层数和铺层比例不变的前提下,分析不同铺层构型对结构刚度的影响。然后利用统计能量分析法,确定铺层角度对结构隔声性能的影响,并与试验结果进行对比验证模型的有效性。最后以铺设在复材壁板上的隔音棉厚度和密度为两个优化参数,分析不同厚度和密度的隔音棉的插入损失,并进行参数最优化分析,寻找最佳组合方式。得出结论:不同铺设角度顺序对复材整体结构的弯曲刚度和吻合效应频率有影响,在相同尺寸和边界条件下,构型1屈曲稳定性承载能力较强,隔声效果最好,铺层方式最优;隔音棉密度对插入损失影响较小,而隔音棉厚度对插入损失影响较大。论文选取的隔音棉密度和厚度已经使壁板、隔音棉及内饰板的组合结构隔声量达到了收敛状态,是最优化的组合设计。     

Transmission of a spherical sound wave through a single-leaf wall: Mass law for spherical wave incidence

This paper examines the sound insulation of a single-leaf wall driven by a spherical wave. The transmitted sound field of an infinite elastic plate under a spherical wave incidence is theoretically analyzed and insulation mechanisms are considered. The displacement of the plate is formulated using the Hankel transform in wavenumber space and the transmitted sound pressure in the far-field is obtained by Rayleigh’s formula in an explicit closed form. Moreover, a reduction index is also derived in a closed form by introducing an approximation into the vibration characteristics of the plate. Deterioration of the insulation performance under the spherical wave incidence is caused by an apparent decrease of wall impedance that depends on the directivity of the transmitted sound wave. The mass law for a spherical wave incidence is different from that for a normal plane wave incidence: doubling the weight of the wall or the frequency gives an increase of 3 dB (c.f. 6 dB for a normal plane wave incidence), which is also smaller than the field incidence mass law.     

Assessment of sandwich models for the prediction of sound transmission loss in unidirectional sandwich panels

The consistent higher-order approach and the two-parameter foundation formulation are used for the derivation of sound transmission loss in symmetric unidirectional (infinitely wide) sandwich panels with isotropic face sheets. In both models, transmission loss is calculated using decoupled equations representing symmetric and anti-symmetric motions of a sandwich panel. The closed-form expressions for impedances and transmission coefficient of a symmetric sandwich panel with an isotropic core are derived for the two-parameter foundation model. A comparison between the numerical predictions based on the two sandwich models and available experimental data shows that the consistent higher-order formulation can be used to predict the transmission loss in symmetric sandwich panels with both honeycomb and isotropic cores. For prediction of transmission loss of symmetric sandwich panels with an isotropic core, the two-parameter foundation model is more convenient, while the consistent higher-order approach is more accurate.     

Study of eddy current power loss in an RCS vacuum chamber

In a Rapid Cycling Synchrotron (RCS), power loss due to an eddy current on the metal vacuum chamber would cause heating of the vacuum chamber. It is important to study the effect for estimating eddy current induced power loss and temperature growth. Analytical formulas for eddy current power loss for various types of vacuum chambers are derived for dipole and quadrupole repectively. By using the prototype of dipole of CSNS/RCS, an experiment was done to test the analytical formula. The derived formulas were applied to calculating the eddy current power loss on some special structures of an RCS vacuum chamber.     

Estimation method for parameters of construction on predicting transmission loss of double leaf dry partition

For improving sound insulation of a double leaf dry partition, each leaf is often consisted of more than one panel. Previous study on predicting a transmission loss of double leaf partition, treats with the leaf varied just two kinds of panels and restricted to a leaf having same kind and same thickness. These restrictions are unfit for variety of current building materials and constructions. This study makes a prediction formula for a transmission loss of the double leaf partition with laminated leaves by a theoretical analysis and an experiment, and will discuss the predicted value with measured value in previous studies and catalogs.     

声场中双空化泡的运动特性

空化泡的运动特性是声场作用下的动力学行为,受空化泡初始半径,声压幅值,驱动声压频率,液体特性等众多因素的影响,是个复杂工程。本文从双空化泡运动方程出发,考虑到液体粘滞系数、空化泡辐射阻尼项的影响,研究了不同初始半径、驱动声压频率、驱动声压幅值、液体粘滞系数下空化泡泡壁的运动情况,研究结果表明不同初始半径、外界驱动声压频率、驱动声压幅值、液体粘滞系数均会对空化泡的膨胀比和空化泡的溃灭时间有一定影响。     

合肥光源镀膜陶瓷真空室纵向阻抗计算

在估计合肥光源新注入系统中回形镀膜陶瓷真空室的耦合阻抗时,对于规则轴对称边界,可以采用场匹配技术求解柱坐标系中Maxwell方程得到耦合阻抗解析表达式。对于非规则形状,解析求解困难,须根据同轴线方法测量纵向阻抗基本原理,数值计算镀膜陶瓷真空室耦合阻抗。计算结果表明,陶瓷真空室内表面镀金属膜可以大大降低束流耦合阻抗,但镀膜陶瓷真空室仍是合肥光源储存环的主要阻抗来源之一。     

合肥光源镀膜陶瓷真空室纵向阻抗计算

 在估计合肥光源新注入系统中回形镀膜陶瓷真空室的耦合阻抗时，对于规则轴对称边界，可以采用场匹配技术求解柱坐标系中Maxwell方程得到耦合阻抗解析表达式。对于非规则形状，解析求解困难，须根据同轴线方法测量纵向阻抗基本原理，数值计算镀膜陶瓷真空室耦合阻抗。计算结果表明，陶瓷真空室内表面镀金属膜可以大大降低束流耦合阻抗，但镀膜陶瓷真空室仍是合肥光源储存环的主要阻抗来源之一。     

Improved design and construction of an ionization chamber for the CSNS beam loss monitor (BLM)

Based on the first ionization chamber (IC) prototype, the structure, working gas component and electrode material of the IC are improved. The test of the improved IC shows that the plateau length is about 2000 V, the plateau slope is less than 0.2%/100 V, the sensitivity is 19.6 pA/rad·h^-1, the up-limitation of the linearity can be up to 3.6×10⁵ rad/h, and the applied voltage can be operated to 3500 V. The test results show that the performance of the improved IC meets the requirements of the beam loss monitor.     

消声室测量法研究弦槌对钢琴声音的影响

为研究弦槌性能,有很多研究者采用了各种机械测量方法,而本论文则希望通过声学测量方法来研究。我们实测了两套不同弦槌对钢琴声音频谱的影响,具体做法是在消声室中使用3种力度弹奏88个琴键并进行录音。频谱分析的结果表明两套弦槌在中力度弹奏时得到的频谱基本一致,但在大力度和小力度弹奏时差别较大,其差别表现为：在低频端,珠江钢琴弦槌激发的高次谐波分量要大于并多于德国Abel公司生产的弦槌;随着频率的升高,该现象逐渐减弱,并出现相反的现象。根据Donal E. Hall的弦槌理论可知,造成这些差异的原因是弦槌硬度和初始能量的影响效果在不同力度下有所不同,如欲考察弦槌宽度和质量的影响适合在大力度下弹奏,而考察弦槌硬度的影响适合在小力度下弹奏。实验结果表明,这种声学测量实验方法主要使用常规的声学仪器,具有简单、易行的优点,可以作为辅助弦槌的设计和改进工作的一种有效方法。