等截面消声管道传递损失计算的简化方法

该文提出了等截面消声管道传递损失计算的简化方法,方法利用消声管道截面形式的特点,将三维声学计算问题简化为二维问题,消声管道的传递损失可以表示为与轴向波数有关的表达式,轴向波数可以通过计算截面的特征值得到。对于规则截面结构,使用传递矩阵法计算特征值;复杂非规则截面的特征值使用二维有限元方法得到,进而可以计算消声管道的传递损失。仿真结果与文献中的数值方法及实验值在较宽的频率范围内吻合较好,说明了方法的正确性,此外,该方法可以考虑均匀流对消声管道声学性能的影响。方法的计算效率高,对消声管道的前期优化设计具有实际意义。     

声学超材料对低频噪声的消声特性

针对低频噪声较难消除的问题,设计了亥姆霍兹共振腔与声学超材料薄膜耦合的消声结构,在利用有限元软件进行屈曲分析薄膜的临界状态得知声学超材料薄膜结构临界失稳力为0.087 N·m,利用COMSOL声固耦合模块研究薄膜形态对传递损失峰值频率的影响。结果表明:薄膜扭转角度由0°增加到30°时,薄膜总体刚度增加,传递损失峰值对应频率向右偏移了30 Hz,变化并不明显。为了扩大频率偏移范围,在扭转30°的基础上,对扭矩棒施加垂直向下的压力,压力由0 kPa增加到2 kPa,薄膜预应力增大,系统刚度增加,使得传递损失峰值向右偏移了170 Hz。最后搭建实验平台,验证了薄膜在扭转时的频率偏移与仿真基本吻合,在不同压力时频率偏移一致,进而可以实现较大范围的低频率噪声控制。为声学超材料的设计和控制提供有效的依据。     

二维有限元方法研究石墨烯环中磁等离激元

石墨烯等离激元是决定石墨烯光学性质的重要元激发,拥有一系列优异的特性,其通过外置电场的动态可调性最引人注目;石墨烯具有很强的磁场响应(如室温观测的量子霍尔效应),因而磁场可作为一个新的调控自由度,形成的准粒子叫作石墨烯磁等离激元.鉴于石墨烯的二维属性,石墨烯磁等离激元的研究大多采用三维近似,即将石墨烯等效成厚度很薄的三维块材,该处理方案需消耗大量的计算资源.本文在准静态近似下,围绕库仑定律和电荷守恒定律,构建了高效的二维有限元方法,自洽地求解石墨烯面内的积分微分方程,并提出本征值损失谱表征准粒子的激发.利用二维有限元方法,探讨了4类石墨烯环中磁等离激元的激发;最低阶的偶极共振都支持磁等离激元的对称劈裂,在孔很小时,其对模式劈裂的影响可忽略,但当孔的尺寸变大时,内外边界的相互作用将抑制模式劈裂,并最终导致其消失.     

Navier-Stokes方程的最小二乘等几何方法

基于Hermite多项式的C¹型单元构造复杂,限制了最小二乘有限元法的应用.引入高阶光滑的非均匀有理B样条作为基函数简化C¹型单元构造,提出求解黏性不可压流动Navier-Stokes方程的最小二乘等几何方法.用Newton法或Picard法对Navier-Stokes方程线性化,用线性化偏微分方程的余量定义最小二乘泛函,导出最小二乘变分方程,用NURBS构造高阶光滑的有限维空间来近似速度场和压力场.计算表明:本文方法计算的二维顶盖驱动流数值解能准确描述流动状况,计算的二维通道内圆柱绕流全局质量损失由最小二乘有限元法的6%降为0.018%,该方法可用于Navier-Stokes方程的求解,并且具有较好的质量守恒性.     

阻抗复合消声器声学性能有限元预测方法及分析

为计算和分析具有复杂结构的阻抗复合式消声器的宽频消声性能,建立了一种高效声学有限元方法,给出了不同边界条件下的边界积分处理细节,得到有限元全局系数矩阵表达式,设计出计算程序框架以实现这些算法,其求解规模和计算速度与商业软件相比有优势。为计算阻抗复合式消声器的传递损失,通过阻抗管测量和数据拟合得到了吸声材料声学特性的经验公式。计算和测量了两通穿孔阻抗复合式消声器的传递损失,二者良好的吻合验证了声学有限元方法和计算程序的正确性。研究表明,插管长度影响消声器在中高频段的消声特性,右侧隔板上穿孔会消除共振峰,中高频消声性能随着出口管穿孔率的增加而提升。     

锥形颈部赫姆霍兹共振器声学性能预测

锥形颈部赫姆霍兹共振器具有更好的低频消声能力,而其声学性能尚无准确解析预测方法。为了研究其声学性能,在声学长度修正的基础上,利用一维解析方法建立了用于计算传递损失的一维修正模型。运用分割法计算锥形管内部声传播的声学长度修正,并给出了声学修正长度计算公式。采用得到的锥形管声学修正长度和一维修正模型,计算出的锥形颈部赫姆霍兹共振器频率与有限元及实验测试结果偏差在2 Hz以内,明显优于不修正的计算结果。表明锥形管声学长度修正法提高了一维解析方法的精度,从而可以快捷准确的预测锥形颈部赫姆霍兹共振器的消声性能。     

基于有限元方法的L型低温管道传热及强度分析

为了研究HV-MLI低温管道各部件在复杂载荷作用下的强度,以某一型号水平-竖直走向的L型HV-MLI低温管道为例,建立了热-结构耦合分析有限元模型。计算得出各工况下的管道温度场分布,以及管道中内管、外管、热桥和绝热支撑上的应力分布情况。分析结果表明:管道的绝热设计满足使用要求,绝热支撑和热桥是外界热量漏入管道的主要途径;L型HV-MLI低温管道中内管与弯头的等效应力随内管内压的增加而增大。在实际使用过程中内管、外管、弯头、热桥等结构不易发生危险;层间剪应力过大是绝热支撑的主要破坏因素。     

插管结构对膨胀腔消声器声学性能的影响

将数值模态匹配法(NMM)拓展应用于计算和分析外插管膨胀腔消声器的声学性能,推导了相应的理论公式并编写了计算程序。使用二维有限元法提取横向波数和本征向量,应用模态匹配法计算消声器的传递损失。使用数值模态匹配法和三维有限元法(FEM)研究了插管长度和进出口位置对带有外插进出口管椭圆形非同轴膨胀腔消声器声学性能的影响,两种方法计算结果吻合良好,从而验证了本文数值模态匹配法的正确性。研究结果表明,设置特定的插管长度和进出口位置可以消除消声器的通过频率,进而改善消声器中低频的消声性能。     

含旋流圆环形管道声传播的有限元计算

本文发展了计算包含旋流的圆环形管道声传播问题的有限元数值模型,并且对等熵和均熵流动做了讨论.经典的声学有限元方法大多求解只包含一个变量的对流波动方程,但是对于包含旋流等非均匀流的圆环形管道声传播问题,不能简化成只含有一个变量的对流波动方程.本文尝试用直接求解耦合方程组的有限元方法方法研究管道声传播问题.文章分别研究了刚性壁面、不同阻抗的声衬壁面对管道声传播的影响,同时还对不同阶的声模态包括传播模态和截止模态在管道中的传播规律做了分析.计算的结果和正模态解析方法符合得很好,从而验证了有限元模型的正确性和可行性.     

有限元方法在二维六角形组件堆芯临界问题计算中的应用

应用有限元方法对二维六角组件维芯的少群中子扩散临界计算进行了研究，并编制了二维少群中子扩散方程有限元计算程序２ＤＦＭＥ。以快堆３００ＭＷ－ＬＭＦＢＲ临界问题为例，作了数值计算。且与国内外有限元程序和有限差分程序ＣＩＴＡＴＩＯＮ的计算结果进行了分析比较。     

Comparison of 1D transfer matrix method and finite element method with tests for acoustic performance of multi-chamber perforated resonator

Multi-chamber perforated resonator (MCPR) is a kind of typical silencer element which can both attenuate broadband noise and satisfy specific installation requirements. The one-dimensional transfer matrix method (TMM) and finite element method (FEM) are widely used to predict the transmission loss of the resonators. This paper mainly focuses on the comparison between 1D TMM and FEM in which detailed perforation modeling is applied for the acoustic modeling of MCPRs. Five resonators with different acoustic attenuation frequency ranges are built for simulation and test. In order to verify the results of the above methods, a transmission loss test facility is designed based on two-load method. Through adjusting the distance between microphones, the facility’s effective measurement frequency can be changed. The results show that despite of the complex modeling and calculation, FEM with detailed perforation modeling shows good consistency with test results in both frequency and amplitude within entire frequency range. In comparison, TMM is limited by the cut-off frequency when calculating transmission losses. Besides, accuracy of TMM in low frequency range is also affected by perforation conditions. However, TMM is time-saving in calculation and structure optimization. In MCPRs’ development process, TMM can be used to quickly design and optimize structure parameters while FEM can be used to verify the acoustic performance before prototyping.     

Acoustic attenuation analysis of network systems by using impedance matrix method

An impedance matrix method is proposed to predict the acoustic attenuation characteristics of network systems. The system may contain several silencer modules and each module may be composed of complex components such as multiply connected tubes, portions with any-shaped cross-section and dissipative parts. The technique of substructuring is adopted and the system is divided into several substructure modules. Three strategies: boundary element method (BEM), numerical point collocation approach and numerical mode matching technique are introduced and the impedance matrix of each module may be computed by a certain appropriate methodology according to the dimensions and geometry of the substructure. Impedance matrix synthesis is employed to obtain the resultant impedance matrix and then transmission loss may be calculated. All the calculation results are verified by experimental measurements and 3-D BEM predictions.     

Optimal design and lifetime calculation of the belt chamber by finite element method

Abstract

A mixed numerical-analytical method for an optimal strength design is presented. Optimal number n of components and optimal radii r_j are calculated for an equivalent cylindrical model of the compound vessel. An iterative numerical method is proposed for evaluation of optimal overlaps Δr_j. A finite element method (FEM) elastic-plastic program has been developed to estimate the vessel lifetime.     

ITER������Ϸ����������Ч�ܵ�����Ԫ����

通过Ansoft Maxwell有限元分析软件,用封闭圆桶模型对ITER送气系统阀门箱的磁屏蔽进行了计算。计算,获得了屏蔽层厚度、上端开孔及侧面狭缝对磁屏蔽的影响方式及规律,给出了一种具有合理参数的可能设计。     

氧分压对HfO2薄膜残余应力的影响及有限元分析

 利用电子束蒸发法制备了单层HfO₂膜,控制氧气流量从0 mL/min以步长5 mL/min递增至25 mL/min(标况下)。利用ZYGO干涉仪测量基片镀膜前后的面形变化,代入Stoney公式计算出残余应力,分析了不同氧压下残余应力的变化情况。随着氧压的增大,残余应力由张应力逐渐过渡到压应力,当氧压过大时,压应力减小。因此可以通过改变氧压来控制应力。应力的变化与薄膜的微观结构密切相关,分析了所有样品的X射线衍射图（XRD）,发现均为非晶结构。利用Ansys建立基片-薄膜有限元模型,将应力作用下基片的形变与实验结果进行对比,验证所建立的模型,为分析HfO₂/SiO₂膜堆应力的匹配设计提供参考。     

基于有限元法的光子并矢格林函数重整化及其在自发辐射率和能级移动研究中的应用

任意微纳结构中量子点的自发辐射率和能级移动均可用并矢格林函数表达.当源点和场点在同一位置时,格林函数的实部是发散的.为解决这一发散问题,可采用重整化格林函数方法.本文提出一种计算重整化格林函数和散射格林函数的方法.该方法利用有限元,计算点电偶极子的辐射场,将其在量子点体积内做平均得到重整化的并矢格林函数,减去均匀空间中解析的重整化格林函数,得到重整化的散射格林函数.在均匀空间情况下,本方法所得数值结果与解析解一致.将该方法应用到银纳米球系统,以解析的散射格林函数作为参考,结果表明该方法能准确处理散射格林函数的重整化问题.将该方法应用到表面等离激元纳米腔中,发现有极大的自发辐射增强和能级移动,且该结果不依赖于量子点的体积.这些研究在光与物质相互作用领域具有积极的意义.     

用磁探针反演磁岛二维结构的方法及其在HL-2A装置上的应用

介绍了HL-2A装置中利用磁探针数据反演磁岛极向二维结构的新方法,以及在反演基础上建立的撕裂模动态分析方法。在实验中通过磁探针测量确定作为扰动磁场来源的扰动电流。将扰动磁通与由EFIT重建的平衡磁通叠加反演出磁岛的结构,并给出磁岛的宽度。然后,按时间顺序建构二维结构图并依次记录,之后依次展现图像就可以对磁岛进行动态分析。应用此方法进行撕裂模分析,得出了磁岛旋转与电子抗磁漂移方向相同,验证了磁岛宽度与扰动场的关系及ECRH对磁岛的抑制作用。这显示了磁探针反演磁岛结构方法的直观性,对观察并控制MHD不稳定性非常有利。