聚焦声源声场的有限元研究

以声波动方程及其边界条件为基础,建立了高强度聚焦超声的声场有限元模型,用该模型对水中的声场分布进行了数值模拟计算。首先与实验结果进行了对比,然后计算了轴向声场分布,并与瑞利积分的结果进行了比较,表明二者计算结果基本一致,并分析了造成误差的原因,从而,验证了该方法的正确性。     

时域有限差分(FDTD)法中的吸收边界条件

介绍并分析了时域有限差分法中的吸收边界条件，对各种条件的应用进行了比较和分析，给出了具有一定参考价值的结论．     

混响室三维数值仿真的研究进展

基于混响室理论及数值仿真的特点,对比了用于混响室仿真的频域和时域算法,讨论了仿真模型的验证方法;回顾了混响室频域仿真的研究动态,阐述了利用时域有限差分算法对混响室进行时域仿真的方法步骤,结合激励源的选择探讨了宽频仿真和频率搅拌的实现,指出损耗处理是混响室时域仿真的关键问题,并分析了2种处理损耗的方法;对计算时间做出对比分析.     

基于多元高斯模型的超声声场仿真系统设计

在超声检测中掌握声场分布是缺陷定位、定量的检测关键.本文基于多元高斯模型设计了一个超声声场仿真系统,该系统由参数输入模块、环境设置模块和计算结果输出模块组成.参数输入模块获取模型的参数,通过环境设置模块设置介质层数、界面等,通过计算输出模块得到超声波在介质中的声场分布.系统模拟的声场分布清晰直观,通过仿真分析证明模拟超声波在界面处的传播行为与实际情况相符,表明该系统可为超声检测提供帮助.     

煤矿掘进工作面不同声源位置下声场分布

煤矿掘进工作面噪声污染严重,影响井下作业人员身心健康与安全生产。为了解噪声源位置改变时煤矿掘进工作面声场分布情况,基于煤矿实例建立掘进工作面物理数学模型,采用数值模拟和实验验证相结合的方法,分析噪声分布特征及噪声源位置变化对声场的影响。研究结果表明：噪声源靠近壁面或地面时,工作面内声场分布较紊乱,产生的高噪声区域较广,不利于工作面的噪声衰减;当两个噪声源的相对距离在10 m以内时,声压级衰减曲线呈“W”型,当两声源相对距离超过10 m时,声压级衰减曲线呈“M”型;实验测试与数值模拟结果基本一致,验证了搭建的模型及模拟结果的可靠性。研究结果可为煤矿掘进工作面环境噪声的预测与控制提供了依据。     

Mur二阶吸收边界条件两种差分格式的比较

从理论上比较了时域有限差分法的Mur二阶吸收边界条件两种差分格式的计算精度、实现难度等,得出了直接格式计算精度较高但实现难度略大的结论.数值实验证实了上述结论.     

直达声场试验平台的数值仿真方法研究

为了指导直达声场试验平台搭建,以替代成本较高的混响室试验,提出了一种速度边界等效扬声器声源的方法,并基于该等效方法建立了直达声场有限元模型,比较了不同区域内声压级响应,并与混响声场进行对比.研究表明,速度边界等效方法能准确模拟扬声器的指向性以及声压级响应,基于该方法建立的直达声场模型在靠近声场中心区域内响应结果与混响场吻合,能为直达声场试验中的可靠试验区域选取提供参考.      

管道内旋转声源频域声场的数值仿真

为准确计算管道内的旋转声源声场,研究基于改进的点源模型和边界元法的声场仿真方法。首先从时域上将旋转点声源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限的静止点声源,通过静止点声源的依次发声模拟旋转点声源的发声过程;将时域声源变换到频域,然后结合边界元方法即可计算得到管道内所有离散的静止点声源声场,该声场即为旋转点声源声场。验证基于改进点源模型计算旋转声源自由声场以及利用边界元方法计算管道内静止点声源声场的可信性,以泵喷推进器为对象,将泵喷叶片分块划分并等效为偶极源,计算分析导管内的叶轮声场。研究结果表明:以改进的点源模型和边界元法为基础的管道内旋转声源声场仿真方法是有效易行的;对导管内叶轮声场而言,入射声场与散射声场存在较大差异,导管对径向测点处叶轮声场影响较大,对轴向测点处叶轮声场的影响可以忽略。     

PML吸收边界条件下TM波的时域有限差分法分析

本文介绍了时域有限差分法的基本原理,通过场区的FDTD公式分析了PML边界及其相关参数设置的要求。最后以自由空间中TM波传播为实例,利用C语言编写了FDTD程序,并对结果进行了详细分析。     

一维等离子体非分裂场PML吸收边界条件研究

研究了一维截断磁化等离子体介质新型完全匹配层(NPML)吸收边界条件(ABC),根据磁化等离子体电磁散射理论公式,对麦克斯韦偏微分方程中对空间偏导的变量进行坐标拉伸,由于变量Jx和Jy在数学表述形式上不存在对空间的偏导,因此不需要对它们进行坐标变换,即Jx和Jy在等离子体和NPML中具有相同的表达式,计算及仿真结果表明:该吸收边界只把对空间偏导的变量进行坐标拉伸,操作简单,避免了PML方法在截断普通介质时采用的复杂的场分裂形式,同时比单轴各向异性完全匹配层(UPML)吸收边界截断磁化等离子体介质更加简单,编程复杂度大大降低.通过对一维算例进行仿真分析,计算结果与解析解相符,证实了该算法的有效性.     

基于分布源边界点法的新型近场声全息技术

文章提出采用分布源边界点法作为近场声全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的新型近场声全息理论,该方法避开了采用边界元法时所存在的复杂的变量插值、奇异积分的处理、特征波数处解的非唯一性处理等问题,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好等优点;针对重建结果对测量误差的高度敏感性,提出采用Tikhonov正则化方法稳定重建过程,抑制了重建误差的影响;提出新型的半自由声场全息重建和预测方法,解决了存在地面反射的声场的全息重建问题,对音箱源的研究验证了文中方法的可行性和正确性。     

充液井孔内电脉冲仪声场的有限元模拟

利用有限元软件ANSYS对充液井孔内电脉冲仪声场的分布进行了数值模拟 ,计算出了井壁上不同位置以及孔眼内邻近地层处的声波波形 ,利用声波信号的幅度 (声压幅度 ) ,绘出了充液井孔内电脉冲仪的声场分布图 ,研究了电脉冲仪放电位置与射孔孔眼内邻近地层处的声波幅度间的关系。结果表明 ,沿井轴方向和井径方向上的声压幅度随着距离的增加而指数减小 ;当声源沿井轴上下移动时 ,离孔眼位置的垂直距离越大 ,孔眼内邻近地层处的声压幅度越小。这为提高电脉冲仪处理油井的效果提供了参考依据。     

变幅杆式超声波声场分布测量

以某钢厂180 t钢包为原型,在钢包水模内进行超声场空化强度及声场分布分析;采用金属薄膜腐蚀法,测量研究超声空化强度及其分布,从空化角度对形成的声场分布进行探讨。实验结果表明:超声波空化场在工具杆周围以径向辐射为主,在工具杆底端的空化场呈圆锥状分布;在超声搅拌的过程中,空化泡群产生在超声波的波腹位置,产生后沿任意方向作直线运动,在运动的过程中伴随着空化泡的聚集、长大、崩溃等过程,正是因为这些剧烈的变化以及崩溃过程产生的微射流改善搅拌效果。     

完全匹配层吸收边界条件的研究

边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的。首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较。结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性。     

阻尼边界条件下声波散射的一个逼近方法

将阻尼边界条件下声波散射问题转化为求解一个最小二乘法问题，将散射波表示为单层位势，该问题满足拟牛顿法的收敛条件，采用拟牛顿法得到逼近散射波的傅立叶级数的系数，并根据散射波与其远场模式之间的关系求得散射波的远场模式。通过给出二维空间的具体的数值计算实例与已有的求解积分方程的方法比较，该方法计算量小且计算速度快，而得到的精度却是一样的。     

基于声辐射控制的驾驶室内声场优化

针对板结构的声辐射控制,在小振幅简谐振动情况下,以声辐射模态、直接边界元理论为基础,分析得出结构表面法向振速幅值是影响板结构声辐射功率和辐射声压的主要因素.以某挖掘机驾驶室为例,建立考虑座椅的驾驶室声学边界元模型,通过对板件声功率贡献分析,确定驾驶员右耳处主要峰值频率下声功率贡献突出的板件区域.针对声功率贡献突出的板件,以各板件表面法向振速均方根值的加权值最小为目标函数,建立优化数学模型,进行声场优化.结果表明,多个目标频率下声压响应峰值都有显著的下降.因此,采用所提出的优化方法可有效地控制驾驶室内辐射声场,具有显著的降噪效果.     

Comparison study on spherical wave superposition method and spherical wave source boundary point method for realizing nearfield acoustic holography

In the light of the concept of spherical wave source, the theoretical model of nearfield acoustic holography (NAH) based on the spherical wave superposition method (SWSM), including reconstruction of expansion coefficients, prediction of acoustic field, error sensitivity analysis, regularization method and a searching method with dual measurement surfaces for determining the optimal number of expansion terms, is established. Subsequently, the spherical wave source boundary point method (SWSBPM) and its application in the NAH are introduced briefly. Considering the similarity of the SWSM and the SWSBPM for realizing the NAH, they are compared. The similarities and differences of the two methods are illuminated by a rigorous mathematical justification and two experiments on a single source and two coherent sources in the semi-free acoustic field. And, the superiority of the NAH based on the SWSBPM is demonstrated.     

声波涡流法采油技术的研究与试验分析

为进一步尝试采油的新技术,研究了声波、涡流对流体的影响,V选择了鄯善采油厂和中原油田采油一厂油井作为试验井.结果表明,在声波涡量的综合作用下,可以使垢层破裂、滑脱,使原油质点从吸附状态变为游离状态,使油、水的渗流速度和渗流量提高,最终使产液中的液、气、固三相高度溶融并乳化,从而起到防腊、防垢、降黏、增油的作用.分析了现场的试验数据,表明实现了明显的节能效果,有效延长了加药清蜡周期,运行安全可靠,对油层无伤害,对岩层无污染,提高了原油的采收率.     

弹性长方体封闭结构腔声辐射建模与分析

基于Dowell的结构-声耦合理论、瑞利积分和声波透射理论,由各阶声压模态对应的声压振幅响应和各阶板模态对应的速度振幅响应公式推导出了由6块四边简支弹性板构成的封闭矩形腔外的辐射和透射声场解析解.在此基础上论述了声场的物理特性,并指出腔体外的声场主要为辐射声场.为进一步验证结果的正确性,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与解析结果进行比较,验证了理论推导的正确性.     

声悬浮条件下Ag-Cu共晶合金的无容器凝固研究

采用声悬浮技术结合激光加热,实现了Ag-Cu共晶合金的无容器熔化与凝固,并通过CMOS图像分析与数值计算,研究了声悬浮过程中合金熔体的温度场分布特性.由于声辐射压作用,合金熔体在声悬浮条件下呈现扁球或圆饼形,表面温度沿赤道点到极点方向升高.凝固样品表面出现涟漪状波纹,统计分析发现,该表面波纹出现在大变形(a/b>2.1)的样品上.波纹中心为共晶形核点,且波纹传播方向与共晶生长方向相同.分析表明,表面形核以及形核后辐射推移的固液界面是形成表面波纹的先决条件.声场的增强能够促进悬浮样品在表面形核.