含空腔的功能梯度声学覆盖层水下吸声特性

针对传统的声学覆盖层吸声频带窄的问题,基于功能梯度材料的特点提出了一种含空腔结构的水下功能梯度声学覆盖层结构,引入梯度有限元法建立了功能梯度型声学覆盖层的水下声学计算模型,研究了功能梯度声学覆盖层结构的水下吸声特性。与传统的功能梯度结构声学建模方法相比,在保证计算精度和计算效率的基础上,文中所建立的功能梯度结构声学计算模型可适用于更复杂的功能梯度声学结构声学性能评估。研究结果表明,功能梯度声学覆盖层能够有效改善中高频段的吸声性能,获得较好的宽频吸声效果。此外,空腔形状采用锥型空腔结构或者组合型空腔结构可以有效地拓宽功能梯度声学覆盖层的吸声频带。     

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.     

含周期性空腔结构吸声机理的研究

为了研究水下含周期性空腔结构的吸声机理,建立并验证了含轴对称空腔周期性结构吸声特性计算的简化有限元仿真方法,用简化的有限元模型结合遗传算法对水下环境含周期性圆柱空腔结构的吸声性能进行了优化设计.从能量耗散、变形和模态的角度分析了含周期性空腔结构的吸声机理.空腔结构谐振包括表层的弯曲振动和空腔附近的径向变形,且径向运动也...     

吸声覆盖层研究进展

从粘弹性材料复杂结构吸声性能计算和粘弹性材料动态力学参数获取两方面对吸声覆盖层研究进行了回顾。计算模型主要有分层介质模型、等效介质模型、空腔谐振模型以及数值计算方法。动态力学参数获取主要有基于振动的直接测量方法、基于声学性能测试的反演方法和近些年发展起来的有限元的反演方法。最后对吸声覆盖层研究的发展趋势进行了展望。     

空腔结构吸声器的吸声系数计算方法的研究

探讨计算空腔结构吸声器吸声系数的方法。以粘弹体能量守恒方程为基础导出吸声器各层媒质的表达式,用声波在分层吸收媒质中传播模型计算能量吸收系数。用所导出的等效密度、弹性模量表达式和文献1[声学学报,1965;2(4):192-197]、文献2[同济大学学报, 1979(1):96-104]所给的等效参数,分别计算了尖劈吸声器和空腔结构的尖劈吸声器的吸声系数,比较表明对于前者三种方法都有效,对于后者本文的结果与实测吸声系数曲线较符合,另两文与实验相差较大;又用本方法分别计算了平板吸声器含空腔及空腔结构变化时的吸声系数,所得结果合理地反映了空腔结构对吸声性能的影响;对原空腔结构吸声器的吸声系数模拟结果作了实验验证,表明计算值和测量结果基本相符。结果表明用本文所给等效参量表达式和声波在分层吸收媒质中传播模型,近似计算空腔结构吸声器的吸声系数是可行的。     

一种含柱形空腔结构橡胶层的吸声机理及优化

采用有限元法,分析了含单层柱形空腔橡胶层(厚度20 mm)的吸声性能,表明其吸声峰频率比相同尺寸的球形空腔低,这与单个柱形和球形空腔的单极共振频率相对应,通过谐波散射分析证实了空腔单极共振引起的能量耗散增强了声波的吸收。采用能量耗散功率及位移场分布,对柱形空腔结构的吸声机理进行了深入分析.其次,在钢背衬条件下分析了横波损耗因子对橡胶层吸声特性的影响,并采用遗传算法对含不同尺寸柱形空腔橡胶层在1.5—10 kHz频段上的吸声特性进行了优化,获得了较好的宽频吸声效果.     

含玻璃微球的黏弹性复合材料覆盖层的水下吸声性能分析

水下吸声覆盖层对潜艇的隐身具有重要的意义, 因此得到了广泛的关注. 本文对含有玻璃微球的黏弹性复合材料覆盖层的水下吸声性能进行了理论分析. 采用等效参数法计算了玻璃微球的体积含量对复合材料的力学和声学性能的影响. 应用声波在多层介质中传播的一维模型, 计算了不同玻璃微球体积含量的单层复合材料覆盖层的吸声性能.结果表明, 增加玻璃微球的体积含量可以提高覆盖层的低频吸声性能, 但是其高频吸声性能降低.采用遗传算法对玻璃微球在覆盖层厚度方向上的体积含量分布进行优化. 优化的多层结构可以在一定的频带内改善覆盖层的表面与水的声阻抗匹配, 在保证覆盖层的高频吸声系数大于某一限值(0.7)的前提下, 提高其低频吸声性能.另外, 多层优化结构覆盖层不含宏观的空腔结构, 不影响覆盖层的耐压性能.其结构简单, 对制备工艺的要求不高.因此, 本文形成的理论方法适用于水下吸声覆盖层的设计. 关键词： 水下吸声 黏弹性复合材料 玻璃微球 遗传算法     

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     

二维圆柱形光子晶体的完全禁带研究

用平面波展开法研究了二维圆柱形光子晶体的完全禁带与填充比、介电常数比之间的关系. 研究发现,并非介电常数比越大,完全禁带宽度就越大,而是有一个峰值. 关键词： 二维光子晶体 完全禁带 平面波展开法     

0-3型压电复合材料覆盖层水下 吸声性能的理论研究

目前压电分流阻尼技术在振动和噪声领域的应用得到了广泛的关注. 本文尝试将压电分流阻尼技术应用于水下吸声领域, 以提高覆盖层的吸声性能. 将压电覆盖层厚度模态的机电方程和声波传播的传递矩阵相结合, 建立一维电声模型. 该模型可以用于分析多层压电和非压电水下吸声覆盖层的吸声性能. 采用该模型分析了0-3型压电复合材料覆盖层的水下吸声性能. 压电复合材料的参数是采用Furukawa的模型计算的. 研究结果表明, 采用合适的分流电阻, 负电容分流电路可以在较宽的频率范围显著提高覆盖层的吸声性能. 其原理可以从阻抗匹配的角度解释, 负电容分流电路可以调整压电覆盖层的表面声阻抗, 使之与水的特性声阻抗相匹配.     

声学二维平面周期结构的吸声性能建模

声学周期结构兼具优化室内声场环境,节约建筑吸声材料的特性而在现代建筑中广泛使用。针对二维平面周期结构的声场优化特性,建立了一种吸声系数计算模型。首先,根据边界条件理论推导了吸声系数的线性方程组,继而通过数值分析方法进行求解,最后在驻波管和混响室中分别进行实验验证。实验结果表明,测量的吸声系数和理论计算曲线吻合良好,该模型可以准确测算二维平面周期结构的吸声系数。同时分析表明:在平面周期结构中,相同吸声材料面积情况下,吸声材料占比越大,吸声效果越好;在相同吸声材料面积和占比情况下,材料边缘长度越长,高频段吸声效果越好;随着材料边缘长度的减少,边缘效应影响减弱。     

二维空腔黏性流的格子Boltzmann方法模拟

用13速六方格子BhatnagarGrossKrook(缩写为BGK)模型模拟二维空腔黏性流.给出了上边界流体作匀速运动时,具有不同雷诺数的空腔黏性流的流场速度分布情况,模拟了在雷诺数Re=3000时,流场中的涡旋形成过程及流场稳定后,腔内密度、压力和温度的分布情况 关键词：     

声学覆盖层吸声系数的多通道逆滤波测量

提出了一种利用最小二乘求逆计算的声学覆盖层吸声系数多通道逆滤波测量方法.该方法通过估计电路信道及水声信道的信道响应,利用最小二乘实现多通道逆滤波算法,通过多路逆信号的同步发射在声学覆盖层处实现高分辨率主瓣、低旁瓣和时域窄脉宽的入射波聚焦,从而提高声学覆盖层低频吸声系数的测量精度。仿真验证了该方法在混响抑制和空时聚焦中的效果.在压力水罐中进行了频率为0.8~5 kHz条件下的钢板试样反射系数和透射系数的测量实验,通过与理论计算值对比,验证了该测量方法的有效性。论文提出的方法适用于非自由场环境下声学覆盖层吸声系数的测量,尤其适用于低频条件下吸声系数的测量。     

水下吸声覆盖层声管测试的背衬研究

在吸声覆盖层水声声管测试的实验研究中，覆盖层背衬的选择对测量结果有重大影响。在我们二维理论研究的基础上，建立了吸声覆盖层声学特性的传递函数模型，分析比较了不同背衬对吸声覆盖层声学性能的影响。结果表明，不同背衬对吸声覆盖层吸声性能的影响具有明显不同的特性。背衬为双层壳体时，水层对吸声覆盖层的吸声系数曲线有明显的调制现象。背衬为单层壳体或双层壳体时，从整体上讲，吸声系数更趋近于刚性背衬而非软背衬的情况。在实验室小样品声管测试中，以较厚的钢柱作为背衬的测试数据来衡量吸声覆盖层性能更为合适，且易于实现。     

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。     

造价低廉的圆柱形空间吸声体的设计与应用

本文通过空间吸声体的造价分析，分析了所设计的以镀锌电焊网为骨架的一种圆柱形空间吸声体，这种空间吸声体结构简单，造价低廉，比常规做法节省资金约５０％，将这种吸声体用于济南铁路体育馆的声学改造工程，收到了良好效果。     

二维Fermi液体理论

本文讨论了二维Fermi液体中的声传播,给出了零声和一次声的有关唯象结果;又根据量子多体理论,计算了准粒子的激发谱、寿命和有效质量.     

二维光纤干涉理论

分析了由三根单模保偏光纤纤端出射光场的干涉特性,建立了二维光纤干涉的理论模型.在一级近似下,推导了二维光纤干涉光场场强分布的理论表达式.讨论了实现二维光纤干涉的相关条件,并用二维傅里叶变换方法,分析了干涉图的空间频谱特性.给出了相关实验结果.     

数值研究二维含时薛定谔方程

采用二维渐近边界条件,将任意极化激光与原子相互作用的二维含时Schr(o)dinger方程无穷空间初值问题转化为有界空间的初边值问题,近而将截断后的初边值问题离散成线性正则方程组,而后利用辛算法求解正则方程得到含时波函数.最后利用含时波函数求得高次谐波谱,证明二维渐近边界条件和辛算法是合理而有效的.     

含石墨烯二维金属结构中的自发辐射研究

研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜,利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式,并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明:随着化学势的增大,自发辐射波峰出现蓝移现象,且自发辐射率波峰得到增强,理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.