变厚度圆板、环板振动分析的传递矩阵法*

变厚度圆板和环板是在工程设计中经常遇到的一类构件,与等厚度板相比,通过适当的沿径向厚度的变化,这种变厚度板在振动、失稳、弯曲等方面能起到更好的效果。将沿径向任意变厚度圆板、环板划分为一系列等厚度环板单元,基于Mindlin中厚板理论采用逆向推导的方式推导了其传递矩阵,建立起变厚度圆板、环板的频率方程。通过计算线性变厚度环板自由振动时的频率,并与ANSYS模态分析结果相比较,验证了计算模型的精确性。逆向推导法避免了高阶数传递矩阵推导复杂的问题,是对传递矩阵法的很好推广。     

水下多层均匀材料的声特性

本文研究水和空气中由不同厚度的两层弹性板及消声橡胶共同组成的分层介质在斜入射时的声特性,并采用数值方法求解多层结构声场的线性方程组。得到反射,透射系数,当板的厚度远小于波长时,采用弹性薄壳振动模型和弹性波模型进行计算,它们的结果基本相同,但是薄壳振动模型更便于计算和理论分析;对系统反射系数和透射系数的计算结果表明,系统增加消声橡胶层后,极大地改变后射系数和透射系数的频率响应;频率升高,反射系数减小     

考虑铺层角的复合材料圆柱壳自由振动三维弹性准确解

为了获得任意角度铺层的多层复合材料圆柱壳的自由振动准确解,在三维弹性理论的基础上,结合分层理论和状态空间法,建立横向位移和应力的传递矩阵,轴向和环向位移采用双螺旋模式的位移函数,对任意角度铺层复合材料圆柱壳简支边界条件下的自由振动进行了理论推导,得到了自由振动方程的精确形式。与文献理论解和有限元计算结果对比,结果表明,关注频率在2倍的环频率以下时,薄壳的固有频率计算精度能控制在1%以内,厚壳的固有频率计算精度能控制在2%以内。对于厚壳的计算可将壳体沿厚度方向划分为多层来处理,这样能有效提高计算精度。计算分析了铺层角对壳体固有频率的影响,环向模态数较低时,固有频率随着铺层角的增加呈抛物线变化趋势;环向模态数较高时,固有频率随着铺层角的增大单调递增。该理论方法同样适用于均质各向同性壳和正交各向异性圆柱壳。      

有粒滞液层负载时薄板中类Lamb波的传播

本文从弹性波传播理论出发，结合边界条件，导出了薄板一面有粘滞液层负载时板中类Lamb波传播的色散方程；研究了液层粘滞引起的类Lamb波衰减．数值计算表明，板和液层的驻波共振振动引起极中类Lamb波对称和反对称模式的模式转换以及衰减系数的变化。文中对ktd《1时，Ao模式类Lamb波的微质量和粘滞传感特性也作了讨论。     

球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料 破碎的数值模拟分析

选取合适的材料状态方程和强度模型,通过数值模拟分析超高速撞击下弹丸材料的破碎行为。弹丸的破碎主要有两种:稀疏波引起的层裂和材料在高压作用下的碎裂。由于层裂影响和高压影响下弹丸的破碎方式不同,导致两种情况下材料产生的碎片形状和大小不同。分析球形弹丸在撞击靶板过程中压力脉冲的传播及衰减形式发现:在弹丸和靶板尺寸相同的情况下,弹丸中压力脉冲的脉宽基本保持不变,而峰值压力随着撞击速度的增加而增加;在撞击速度相同的情况下,弹丸中压力脉冲的峰值压力基本不变,而压力脉冲的脉宽随着靶板厚度的增加而增加。弹丸中传播的压力脉冲与后期弹丸背表面的层裂相关,其峰值及变化速率直接影响背表面层裂厚度,其脉宽直接影响背表面沿弹丸径向的层裂深度。得到层裂厚度以及层裂破碎方式的影响区域,对研究后期碎片云分布有重要参考价值。     

倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的计算与液层高度的预测

分层流是气液两相流中常见的流动型式，分层流中液层高度是计算的基本数据，由于界面波的存在，对液层的测量和预测都很困难．Ｖｌａｃｈｏｓ提出了预测气液两相分层流液层厚度的关系式，但这一关系式并不适用于倾斜下降管气液两相流．本文提出了计算倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的理论模型，在这种模型下得到的截面含气率和实验结果符合良好．在大量实验的基础上，考虑了倾角、管径、气液各相折算速度的影响，根据实验数据提出了预测液层厚度的关系式。     

基于Galerkin法研究应力波作用下复合材料板的动力学失稳

基于Kirchhoff薄板理论和Hamilton原理,考虑应力波效应,对含初始几何缺陷的三边简支、一边固支的复合材料板,建立了振动控制方程,得到了其屈曲临界荷载表达式。采用MATLAB编程进行数值计算,讨论了初始几何缺陷、初相位、铺层角度、屈曲模态阶数及铺层层数对板屈曲临界荷载的影响。结果表明:复合材料板的屈曲临界载荷随临界长度增大、铺设厚度减小、初始几何缺陷系数增大、振型函数初相位减小而减小。此外,复合材料板的各层铺层角度与荷载作用方向的夹角越小,屈曲临界载荷越大,当板的对称铺设层数达到7层时,临界荷载趋于稳定。     

Co-Zr/Pd多层膜的磁性与结构

Co-Zr/Pd多层膜由高频溅射方法制得．磁性合金Co-Zr层厚度固定为1.8nm，改变Pd层厚度0.5—6nm．由振动样品磁强计测量，发现随Pd层厚度增加，磁化强度发生周期性振荡变化，周期约为1nm，这是由Pd层的极化振荡引起的．经X射线衍射测得Pd层厚度超过1.3nm时，磁性合金Co-Zr层发生晶化，而厚的Co-Zr单层膜是非晶结构．X射线大角衍射图中的超晶格峰表明，在Co-Zr层和Pd层之间存在相关生长．而且还发现，随Pd层厚度增加，样品在垂直膜面方向的晶粒尺寸及fcc（111）面的面间距发生周期性 关键词：     

有液层负载时各向异性薄板中Lamb波的传播

研究各向异性板有液层负载时板中Ｌａｍｂ波的传播．以微传感领域常用的ＺｎＯ等为例,从弹性波传播理论出发,结合边界条件,导得了各向异性薄板有液层负载时板中Ｌａｍｂ波传播的色散方程,这也同样适用于正交晶体系,正方晶体系和立方晶体系的晶体．数值计算结果表明,各向异性板中Ｌａｍｂ波相速度随液层厚度增加呈周期变化．当单面有液层负载的薄板厚度２ｄ很小时,Ａ０模式的类Ｌａｍｂ波的微质量传感特性也作了讨论．     

加膜穿孔板声学特性的研究

本文介绍一种在穿孔板表面再覆盖一层薄膜的吸声结构，着重对这种加膜穿孔板的声学性能作严格的理论分析．从基本的声学理论出发，导出了反映加膜穿孔板声传递特性的普遍关系式，获得了加膜穿孔板声阻抗率的计算公式．文中讨论了声阻率随频率，空气层厚度以及薄膜面密度等重要参量变化的规律．理论计算结果与实验数据良好相符．所得结论为这种新型吸声结构的优化设计提供了严格的理论基础．     

超薄LiTaO3晶片的键合减薄技术

在制造红外热释电探测器阵列过程中，需要利用超薄钽酸锂(LiTaO₃)晶片作为红外热释电探测器件的敏感层。通常LiTaO₃晶片的厚度远厚于红外热释电探测器件要求的厚度，所以需要采用键合减薄技术对LiTaO₃晶片进行加工处理。键合减薄技术主要包括：苯并环丁烯（BCB）键合、铣磨、抛光、加热剥离、刻蚀BCB。加工后得到面积为10mm×10mm、厚度为25μm的超薄单晶LiTaO₃薄膜，晶片厚度、表面粗糙度和面形精度比较理想。测得了LT晶片减薄后的热释电系数为1.6×10^-4Cm^-2K^-1。得到的单晶LiTaO₃薄膜满足红外热释电探测器敏感层的要求。     

在电负载下压电板的厚度振动

在文献[1]中,我们给出了一些简单而重要的单模压电振动系统在电负载下的振动特性,给出了谐振频率、位移和应力分布随电负载的变化。我们现在来讨论另一类重要而复杂一些的多模耦合的压电振动系统——压电晶体板在电端具有电负载时的厚度振动问题。结果将表明,Tiersten分析过的压电板厚度振动的著名结果将是我们在电开路和短路条件下的特例。     

电炮加载下靶板的高速摄影技术研究

叙述高速摄影在电炮加载多层铝板实验中的应用情况,用普通高速摄影技术和激光阴影摄影首次得到双层和三层铝板在Mylar膜飞片碰撞靶板后形成碎片云的变化图像和靶板表面的微物质喷射发展过程,观察改变起爆系统充电电压、靶板厚度及靶板之间距离等不同条件下的高速碰撞现象,初步得到碎片云和微物质的运动速度等实验结果。     

复制高精度大光栅盘时支撑板的力学分析

为了复制高精度、大直径薄光栅盘，对曝光装置中影响感光条件的支撑板进行了受力分析。将支撑板的力学分析归结为边界简支的圆形薄板的小挠度问题，通过理论计算得到了支撑板的挠度和厚度的计算关系式，为设计支撑板提供了理论依据。根据理论推导，选择旋转式曝光装置，采用直径为1000mm、厚度为40mm的支撑板，研制出了较高精度的大直径薄光栅盘，其最大直径误差为0．47”，均匀性误差为8％，满足了使用要求。     

超声马达中夹紧压电环的非轴对称振动

应用环形压电板振子的超声马达具有厚度小的优点,能满足很多工程上的要求。其工作原理和其他类型的超声马达一样,也是通过摩擦力把振子表面质点的椭圆运动变换为转子的运动。因此,为要开发出性能优良的超声马达,必须清楚了解作为超声马达定子的环形板的振动特征。过去对环形板或圆盘的分析均仅考虑自由振动的情形,本文则分析了在环的内缘或外缘夹紧的情况下,环形压电板的非轴对称振动。内容包括振动时的位移分布图样,自由边缘上质点的椭圆运动,表面上感应电荷的分布及机电耦合因数等。还进行了数字计算,并从应用于超声马达的角度出发,对几种不同的振动模式作了评估。     

有限尺寸压电陶瓷圆板的耦合振动

本文从压电陶瓷圆板的二维运动方程出发,在进行分离变量后可得到仅依赖于轴向坐标z的方程。然后根据边界条件用伴随法求解,从而得到了依赖于径向扩张基频的振动频谱。我们再从厚度振动的基频出发,求其径向扩张振动的频谱。由计算结果看出,压电陶瓷圆板的径向和轴向振动频谱不但与其压电、介电、弹性常数有关,而且它们二者之间也相互影响,即是所谓的“耦合”关系。为了验证理论的正确性,作者计算了一个实例,计算结果与实测虽符合得不很好,但比一维理论确好得多,而所取材料参数的误差也是引起误差的一个重要因素。     

限制在疏水板中的新的六边形-四边形三层冰结构 (cited: 1)

对限制在两个光滑的疏水板间的水进行了分子动力学模拟,观察到了两种晶体结构,都满足冰规则. 在1 GPa的压强和1.0 nm的板间距下获得的新的冰相是平坦的六边形-四边形三层冰. 在此结构中,靠近板的两层(外层)中的水分子形成六边形环,中间层的水分子形成四边形环. 对于外层的水分子,其四个氢键中的三个在同一层中,另一个氢键与中间层连接. 对于中间层的水分子,四个氢键中的两个在同一层中,而另外两个氢键与两个不同的外层相连. 虽然三层的形状不同,但其面密度却接近相等. 另一种结构是在0.8 nm的板间距和100     

有液层负载时薄板中类Lamb波的传播

本文研究薄板一面有液层负载时板中类Ｌａｍｂ波的传播，从弹性波传播理论出发，导得了类Ｌａｍｂ波的色散方程。由于几何不对称，因此不可能严格区分出对称与反对称模式，而是耦合在一起。数值计算结果表明，板中类Ｌａｍｂ波相速度随液层厚度增加呈周期变化。当ｋｔｄ＜＜１时类反对称模式的相速度变化近似与液层厚度成正比，这与特征阻抗法结果相同。初步实验结果验证了上述理论。     

双层弹性支撑板的水下宽带隔声

为实现水下宽带隔声,提出了一种由弹性元件支撑两块刚性端板构成的双层弹性支撑板结构。采用弹簧振子振动分析法和声传播理论,建立了平面波入射的水下隔声理论模型,分析了结构参数对隔声量的影响规律,结果表明足够小的弹性元件单位面积弹性系数或足够大的端板单位面积质量都可以连续一致地提高隔声量.仿真分析了双层弹性支撑板的振动位移和声输入阻抗,比较了双层弹性支撑板与连续介质层的隔声特性,结果表明,降低弹性元件质量,有助于在低频段消除半波全透射现象.在同厚度、同质量、同静态压缩率条件下,双层弹性支撑板能更好的降低两侧流体的振动及声耦合,隔声频带更宽,带内一致性更好,隔声量更大.      

双层周期加肋有限长圆柱壳声散射精细特征研究

研究了双层周期性加肋有限长圆柱壳在水中的声散射特性. 壳体振动用薄壳理论的Donnell 方程描述,环肋振动用相互独立的薄板纯弯曲振动和平面应力状态下的振动方程描述,忽略弦间流体对环肋轴向力的作用. 数值计算给出远场收发合置情况下的周向目标强度和角度-频率谱图,并据此进行机理分析. 计算结果表明远场散射声场中除壳体弹性贡献外,弦间流体以及环肋与内外壳的相互作用对散射声场的贡献也是很重要的,并且在角度-频率谱中出现了舷间流体引起的流体附加波以及周期环肋引起的Bragg散射等回波精细特征,其中流体附加波是双层加肋圆柱壳声散射最重要的散射精细特征,是以往单层圆柱壳声散射所不具有的现象. 最后通过实验对理论推导进行了验证,实验与理论基本符合. 关键词： 声散射 圆柱壳 环肋 流体附加波