具有线性温度梯度的管道及消声器声学特性的边界元法计算

采用摄动法将具有线性温度梯度介质中的声传播方程化为Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程，然后用边界元法进行计算，由边界元法计算出消声器的四极参数，从而预测传递损失等消声量。文中计算了直管段的四极参数及膨胀腔的传递损失，并与一维理论结果进行了比较。     

管道及消声器学特性的边界元法计算

从流体力学的基本方程出发，导出等截面管内具有平均流和线性温度梯度时的三维声传播方程，然后采用迭代法将其化成可用边界积分方程表示的形式，最后用边界元法求解，由边界元法计算消声器的四极参数，从而可预测传递损失等声学特性，文中计算了膨胀腔内传递损失，并与一维理论结果进行了比较。     

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.     

双倒易边界元法应用于预测三维势流管道和消声器声学特性

将双倒易边界元法应用于预测具有三维势流存在时管道及消声器的声学特性,阐述了其基本原理与数值过程。与传统边界元方法相比,该方法考虑了声学控制方程中气流马赫数二阶小量的影响,因此适用于具有较高马赫数亚音速流的情况。使用双倒易边界元法预测有气流存在时管道和变截面膨胀腔的四极参数,并与一维解析解和传统边界元法结果进行了比较,从而验证了该方法的正确性。利用双倒易边界元计算并分析了不同结构类型消声器的传递损失,结果表明,三维流对复杂结构的消声器声学性能的影响是不可忽略的。PACS数:43.20,43.     

改进型声学边界元级数多频算法

对于声学多频分析问题,研究者提出了一种声学边界元级数多频算法节省了重复计算频率无关项的时间,但这种原始算法受到多项式拟合的Runge现象限制,计算频段较窄。进一步改进此原始方法,提出了级数截断项数的选取原则,加入波数因子调整自变量区间避免Runge现象,消除了原始算法的不稳定性,拓展了级数多频算法的适用范围。声辐射计算实例证明了改进的级数多频算法的正确性,所需级数截断项数更少,降低了计算量,能够应用于更高频段的声学分析。     

膨胀腔类超材料的传递损失研究*

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。本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。该研究结果说明：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。     

基于边界元与有限元耦合的ERT图像重建算法

环形通道内多相流相分布的测量,对于保障工业生产安全、提高生产效率具有重要意义。电阻层析成像技术是一种新兴的过程参数可视化测量技术.该技术采用非侵入的方式获取管道截面处的介质分布信息,具有响应速度快、安全无辐射、价格低廉等优点,非常适合于多相流测量。但是,由于电学敏感场的高度非线性,该技术的空间分辨率较低,而为了克服这一问题所采用的迭代非线性算法,计算量大、效率低,很难满足现代工业测量需求。针对这一问题,本文提出一种应用于环形通道内多相流检测的ERT快速非线性图像重建算法。该算法采用有限元与边界元耦合的方法求解正问题,采用高收敛的Levenberg-Marquardt方法求解逆问题。实验结果表明,文中所提出算法具有较高的速度和精度。     

生物力学中片流的边界元分析

用边界元方法^[1,2]研究了生物力学中肺毛细血管血液的流动,并对肺毛细血管的SFH模型,SFC模型进行了数值模拟,给出血液流动的速度场及血管壁上的面力分布和压力分布.对肺毛细管内皮细胞受的切应力,数值计算表明,正常情况下,在0~4.64×10^-5N/cm²之间,这与Dewey实验结果^[8](0~5×10^-5N/cm²)相一致,肺胞的形态将按使呼吸膜受切应力值最小为原则构形.同时,本文方法还可为数值分析心血管内的血液流动提供一种有效的数值方法,这对生物力学和医学工程是有价值的.     

有限元/边界元耦合方法在海洋生物目标强度特性研究的应用*

目标强度特性是海洋生物声学识别与资源量评估的重要依据,其中,基于近似几何体和声阻抗特性的理论模型法是研究海洋生物目标强度的重要手段。由于对几何形态近似处理以及数值求解方法的限制,传统理论模型对声波频率、入射方位以及目标声阻抗、形态尺寸等均有各自不同的适用范围,单一模型难以满足不同种类或同一种类但不同尺寸海洋生物的目标强度求解。本文尝试将逐渐见诸应用的有限元/边界元耦合方法用于海洋生物目标强度特性研究,分别以球形生物、纺锤形鱼类尾明角灯鱼(Ceratoscopelus warmingii)和细长形浮游动物南极大磷虾(Euphausia superba)为例进行仿真计算,并与相适应的经典理论模型进行对比分析。结果表明,对于球形生物,有限元/边界元耦合方法与解析模型的目标强度频响曲线完全吻合;对于纺锤形鱼类,有限元/边界元耦合方法可有效弥补基于模态级数解的形变圆柱体模型在中低频和两端入射时的准确性问题;对于细长形浮游动物,有限元/边界元耦合方法与畸变波玻恩近似模型高度吻合。综上,有限元/边界元耦合方法对多种海洋生物目标强度求解均具有较好的适用性,未来有待进一步结合实验测定进行验证。