钢板-空气背衬上含空腔粘弹性材料层的声反射特性

本文研究声波从水中入射到粘弹性材料层-钢板-空气上的反射特性，运用分层介质中的波动理论研究粘弹性层均匀情况的声特性，运用有限元方法研究粘弹性层含空气腔结构情况的声特性。结果表明，改变粘弹性材料消声特性需要综合调整材料的弹性参数；粘弹性层内的空腔结构对声特性产生很大影响，改变其谐振特性和反射系数的收敛特性。文中以含圆锥腔、圆台等复合腔的结构粘弹性层为例，计算了其反射系数的频响特性、谐振模态，并分析了结构的影响。     

含有周期球腔的黏弹性覆盖层消声性能分析

利用散射矩阵法分析了单个球状空腔在黏弹性橡胶中的Mie散射特性以及振动模式.以此为基础，利用多重散射法分析了不同背衬条件下，含有单层周期球状空腔的橡胶覆盖层(厚度为8mm)的消声性能.结果表明，单个球腔的径向共振对覆盖层的低频消声性能有重要贡献，覆盖薄层在共振区具有良好的消声性能.最后，设计了双层消声覆盖层(厚度为20mm)，有效拓展了消声带宽. 关键词： Mie散射 多重散射法 消声材料 声子晶体     

一种含圆柱形谐振散射体的黏弹材料低频吸声机理研究

利用层多重散射法分析了一种含圆柱形谐振散射体黏弹 材料吸声层在钢背衬条件下的低频吸声特性. 该吸声层由包覆软材料的圆柱空腔周期嵌入橡胶材料中构成, 其中, 散射体轴线与吸声层平行. 结果表明, 20 mm厚吸声层在1000–3000 Hz具有良好的吸声性能. 通过综合分析单个散射体的吸收截面、单层周期散射体的声吸收、 结构内部位移场以及耗散功率密度分布, 揭示了该吸声层的低频吸声机理. 关键词： 水声吸声 吸收截面 耗散功率密度     

声呐罩夹芯式透声窗的声学设计研究

以船舶声呐罩透声窗的低噪声设计为背景,针对由粘弹性夹芯平板和平行腔体组成的简化声呐罩模型,采用双重Fourier变换方法和波数一频率谱分析,建立平稳随机湍流脉动压力激励下三层夹芯式透声窗在声呐基阵部位产生的自噪声计算方法,数值分析了透声窗几何和物理参数对自噪声的影响,提出夹心式透声窗声学设计的方法和参数。研究结果表明:三层夹芯式声呐罩透声窗的低噪声特性主要取决于夹芯粘弹性层中纵波和横波传播的截止效应以及阻抗失配效应。通过对弹性平板和粘弹性层的厚度、密度、杨氏模量、阻尼因子以及粘弹性层的纵波和横波声速等参数的合理选取,可以使夹芯透声窗比单层透声窗的降噪效果最大增加6.5dB。     

多重散射方法研究轴对称空腔覆盖层的声学特性

发展了一种多重散射方法研究声学覆盖层的半数值半解析模型,分析了影响轴对称空腔结构声学性能的主要能量耗散机制。在球坐标条件下推导出轴对称空腔结构的位移和应力场基函数,通过对空腔表面基函数的数值积分,得到散射波和入射波之间的传输矩阵方程,结合分层介质声传播理论计算了周期性空腔结构覆盖层的反射、透射和吸声性能。研究结果表明;空腔共振是低频能量耗散的主要形式,边界条件对材料空腔结构的谐振特性影响很大,利用双空腔耦合共振可以拓宽材料的低频吸声频带;背衬对材料的高频吸声影响较小,材料的高频能量损耗取决于空腔的散射和波型转换特性。      

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低, (3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。     

低速开式空腔自激反馈流场结构与流致噪声的风洞试验研究

本文主要针对低速开式空腔流动自激振荡产生噪声问题,在0.55 m×0.4 m航空声学风洞开展了不同低马赫数(0.1/0.15/0.2/0.25)条件下长深比为2的空腔腔内流场结构和噪声特性风洞试验研究。通过利用高频粒子图像测速技术捕捉腔内流场结构,分析了腔内声波传递路径;完成空腔远场噪声和壁面压力测试,分析了噪声自激振荡模态和简正波模态,并对空腔壁面脉动压力和远场噪声进行压/声相关性研究。结果表明:空腔内部除主涡外,在腔口前缘处剪切涡与腔口后缘处碰撞涡明显存在;在875 Hz,1288 Hz,1875 Hz,2050 Hz四个频率附近出现了由声腔共振所致的单频噪声;壁面压力与远场噪声密切相关,在壁面压力主频位置有明显单频噪声出现。      

粘弹性夹层板结构声传入的理论分析

应用有阻尼的简正模态概念,推导出夹层板与腔耦合条件下的声波基本方程,并通过数值计算研究了粘弹性层的特性参数对板结构振动及其辐射噪声的影响。结果表明,利用粘弹性层的剪切效应,可以有效地抑制结构的振动和由此所建立的闭空间声压。     

多层微穿孔板结构声学性能计算方法对比分析

计算多层微穿孔板结构声学特性方法传统主要用声电类比法,目前出现阻抗转移法和传递矩阵法,对比分析这三种计算方法,同时进行相应的实验验证。结果表明:阻抗转移法和传递矩阵法实质上是相同的,这两种方法计算结果与实验结果吻合良好。声电类比法在空腔较大时计算结果偏离实验值,原因是声电类比法采用集总参数分析,计算多层结构时,空腔单元只考虑声顺,忽略声质量,导致误差。阻抗转移法和传递矩阵法不存在这一误差,计算准确。     

三层平板结构声能流计算及传输规律

为了理解多层有源隔声结构的物理机理,同时优化被动隔声结构,需深入分析三层结构中声能量的传输规律。首先对三层板腔结构建模并求解系统的振动响应,然后用数值方法求解平板向封闭空间辐射声的声传输阻抗,并计算各层结构的辐射声功率。最后,通过分析各子系统所占的能量及各层结构四类模态组辐射声功率的变化获得声能量的传输规律。结果表明,按模态类型的不同,能量传输可等效认为存在四个传输通道,各通道的能量传输具有相似的带通特性,其成因在于不同的平板与空腔模态对的耦合强弱不同。      

水中阻尼复合箱体结构的振动声辐射特性研究

基于结构有限元法和声学边界元法,建立弹性层-粘弹性层-外部声场耦合声振数值计算模型,对敷设阻尼材料的壳体结构在水中的振动声辐射性能作了系统的研究。研究结果表明:敷设粘弹性阻尼层使结构振动响应和声辐射水平明显降低, 其减振降噪的效果与阻尼层的几何尺寸、物理参数和外激励频率有关;同未敷设阻尼层的弹性结构相比,敷设粘弹性材料的方箱结构在水中的振动响应,受流体可压缩性的影响不大,同时,不同流体边界条件(自由液面和刚性壁面)的影响也相对减弱。     

阮的声学特性

本文以大阮为主，兼顾中小阮给出阮的声学特性。阮的面板、背板与琴体内空腔和声孔组成耦合振动系统，在低频出现两个明显的共振。阮面板的振动模态与圆板振动相比较在频率不高时存在一定的规律。文中给出大阮的声频谱和琴体振动发声的影响。     

超声速三维空腔流气动噪声被动控制

抑制超声速武器舱空腔流噪声是航空领域中一项重要课题。大量研究表明在空腔前缘采用主/被动控制技术可以在一定程度上抑制腔内噪声水平。利用大涡模拟(large eddy simulation, LES)技术计算分析了Mach 1.4开式矩形方腔及波形、弧形两种前后壁几何修形后空腔的流动及噪声, 探索超声速来流条件下几何修形被动控制技术对开式方腔流噪声的抑制能力。计算结果表明波形和弧形空腔对腔内噪声均具有一定的抑制作用, 且波形空腔噪声控制效果更优。分析认为空腔几何修形能够改变空腔上方剪切层及腔内大尺度涡结构的发展演化, 进而实现对腔内噪声的控制。此外, 还应用LES方法计算分析了增厚的来流边界层条件下超声速方腔流, 发现来流边界层增厚可显著降低腔内噪声水平。      

覆盖粘弹性层的水中双层弹性球壳的回声特性

首先建立根据覆盖层实测数据估算粘弹性参数的方法．在此基础上利用粘弹性、弹性理论和分离变量法导出覆盖有粘弹性展的水中双层弹性球壳回声的Ｒａｙｌｅｉｇｈ简正级数解．计算比较了覆盖和不覆盖粘弹性展的双层弹性球壳的形态函数．给出了窄脉冲和长脉冲入射时的回波波形．计算表明,覆盖粘弹性层后形态函数在低频时基本不变,随着频率的升高而逐渐降低．窄脉冲回波的波形分析指出,覆盖粘弹性层后不仅镜反射波的幅度降低,表面弹性波（ＳＥＷ）的幅度也随之降低．     

空腔流动的大涡模拟及气动噪声控制

大涡模拟(LES)和三维的Ffowcs Williams-Hawkings声学比拟方法相结合,研究空腔过流的一种噪声控制措施.空腔的底板/后墙使用多孔壁板,因此流体可以穿透空腔壁面,多孔效果使用Darcy压力-速度关系模拟.声源流场由LES计算,声辐射和远声场由声学比拟获得.结果表明,这种措施有效地减弱了空腔内的压力脉动和远场声辐射,低频脉动Rossiter模数对应的波动幅值被有效抑制,声源中偶极子占优项大幅度减小,从而抑制了声辐射.     

空腔靶能量吸收,转换特性实验研究

本文介绍空腔靶设计的物理思想、及能量吸收特性、X光转换特性和堵腔特性的实验研究方法,给出了实验观察到的一系列物理现象,通过对现象的分析而得出空腔靶的能量吸收和X光转换明显优于平面靶;利用相对孔径较大的聚焦透镜打空腔靶有利于改善靶的能量吸收和转换特性的结论。     

一种含横向圆柱形空腔的声学覆盖层的去耦机理分析

在水下结构表面敷设去耦覆盖层是降低其声辐射的有效途径. 为了深入分析一种含横向无限长空腔的覆盖层的去耦机理, 本文将其等效为均匀介质, 建立了敷设这种覆盖层的单向基体板在线激励下的声辐射模型, 验证了计算模型的有效性, 并利用计算模型对含横向空腔覆盖层的去耦机理进行了分析. 研究结果表明: 基体板-覆盖层接触面的能量流以纵波能量为主, 而横波能量很小, 因而计算覆盖层的去耦特性时可以忽略横波的作用; 和均匀覆盖层相比, 横向空腔型覆盖层在中高频段极大地增强了基体板的力阻抗, 从而更有效地抑制了基体板的振速; 此外, 和均匀覆盖层相比, 横向空腔型覆盖层和水的阻抗失配更大, 使其在中高频具有良好的振动传递损失特性. 因此, 总体而言, 含横向空腔的覆盖层相比均匀覆盖层具有更好的中高频去耦性能.     

开孔结构流致噪声的数值模拟和机理分析

飞机机体表面的开孔设计会形成空腔结构,产生空腔流致噪声。空腔噪声的控制需要彻底认识其流动和噪声机理。以飞机的功能性开孔为例,通过半经验公式分析了其空腔噪声频率随速度的变化规律,预测了出现流声共振的工况。空腔发生流声共振时,特定频率的纯音噪声会被放大。为此,采用脱体涡模拟方法开展了开孔结构流声共振的三维非定常数值计算,分析了其流场和声场特性。其中,数值方法的准确性通过圆形空腔标模计算进行验证。结果表明,在一定速度下剪切层内的扰动将诱发空腔深度方向声模态,出现流声共振现象。此时,剪切层表现为强烈的周期性上下拍动,空腔底部和后缘区域的局部压力脉动幅值较大,声波主要由空腔后缘向上游方向辐射,上游噪声大于下游。     

双光腔耦合下机械振子的基态冷却

机械振子的基态冷却是腔量子光力学中的基本问题之一.所谓的基态冷却就是让机械振子的稳态声子数小于1.本文通过光压涨落谱和稳态声子数研究双光腔光力系统(标准单光腔光力系统中引入第二个光腔,并与第一个光腔直接耦合)的基态冷却.首先得到系统的有效哈密顿量,然后给出朗之万方程和速率方程,最后分别给出空腔和原子腔的光压涨落谱、冷却率和稳态声子数.通过光压涨落谱、冷却率和稳态声子数表达式,重点讨论空腔时机械振子的基态冷却,发现当满足最佳参数条件(机械振子的冷却跃迁速率对应光压涨落谱的最大值,而加热跃迁速率对应光压涨落谱的最小值)时,机械振子可以被冷却到稳态声子数足够少.此外分析:当辅助腔内注入原子系综时,若参数选择恰当可能更利于基态冷却.     

双开口Helmholtz局域共振周期结构低频带隙特性研究

设计了一种双开口Helmholtz周期结构,该周期结构单元采用双开口内外腔设计,基于多腔耦合局域共振机理,可大大增加局域共振区域,增加能得到较低的低频带隙特性.通过设计调节内腔弧长,可以使带隙移动,达到特定低频频段的隔声效果.在分析低频带隙形成机理和影响因素时,采用声电类比原理建立带隙起始频率和截止频率的计算数学模型并与有限元方法进行对比分析.研究表明:该结构具有良好的低频带隙特性,其最低带隙段为86.9—138.2 Hz.外径一定的条件下,低频带隙受内腔弧长、内外腔间隔以及周期单元结构间隔影响,内腔弧长越长,低频带隙越低;内外腔间距离越大,从而内腔体积变小,带隙向高频移动,其低频效果变差;减小结构间距对低频带隙起始频率无影响,但可以大大增加低频带隙截止频率,从而增加带隙宽度.该研究结论可以为低频降噪领域提供一定的实践和理论支持.