光声光谱检测系统中光声池模型的建立与优化

光声池作为光声光谱气体检测系统中的核心器件直接影响系统的检测精度,以经典圆柱形光声池为基础研究对象,利用有限元分析软件,结合压力声学及热粘性声学两种物理场对光声池内的声热耦合过程进行建模,通过仿真对比谐振腔和缓冲腔的几何参数变化对光声池性能的影响,进而确定其最优尺寸.仿真结果表明:谐振腔、缓冲腔的长度和半径均会影响谐振...     

流固耦合声子晶体管路冲击振动特性研究

流固耦合管路系统广泛应用于各种装备中,通常用来传递物质和能量或者动量.由于流固耦合效应,管壁在流体作用下易产生强烈的振动与噪声,对装备安全性、隐蔽性产生严重影响,甚至造成严重破坏.流固耦合管路振动抑制需求迫切,意义重大.声子晶体可以利用其带隙特性抑制特定频率范围内弹性波的传播,在减振降噪领域具有广泛的应用前景.本文基于声子晶体理论,研究了流固耦合条件下的布拉格声子晶体管路冲击振动传递特性.将传递矩阵法和有限元法相结合,计算了能带结构与带隙特性,重点考虑了流固耦合效应下,不同冲击激励条件下声子晶体管路振动特性,分析了流固耦合对声子晶体管路振动传递特性的影响.研究结果为流固耦合条件下管路系统的振动控制提供了技术参考.     

光声光谱在纤维样品分析中的应用

本文通过不同状态纤维样品的红外光声光谱的比较以及同一样品的红外光声光谱与红外光谱的比较表明：红外光声光谱用于纤维样品的分析，与红外光谱相比具有简单快速，分辨率好，信噪比高等优点，是研究纤维样品很好的分析手段。     

轴对称体声振耦合的边界子波谱与有限元耦合方法

探讨了子波在Helmholtz积分方程及声振耦合中的应用,在建立了求解轴对称Helmholtz积分方程的子波谱方法的基础上,构造了轴对称子波谱与轴对称有限元的耦合方法,该方法可以处理轴对称问题的任意边界条件.进行了声振耦合问题的模态分析.     

声子晶体结构在功率超声换能器中的应用

该文提出了一种二维声子晶体结构模型,并将该模型应用于横向尺寸较大的功率超声换能器的前盖板中,避免了形成耦合振动对换能器的影响,从而优化了该类换能器的工作性能.首先设计了一种具有近周期性结构的圆柱形孔的前盖板,然后研究了声子晶体结构前盖板散射体的半径大小和高度对换能器共振频率以及前盖板带隙的影响.结果表明,随着散射体半径...     

双泡耦合声空化动力学过程模拟

为了对双泡耦合的声空化过程进行模拟,本文从流体动力学控制方程和流体体积分数模型出发,在Fluent软件中构建双泡耦合超声空化三维有限元仿真模型,对超声波驱动下流体中双泡耦合声空化动力学过程进行数值模拟,并通过对空化气泡周围声场的变化进行分析研究双泡耦合声空化的非线性动力学特性.结果显示:在超声波驱动下,球形气泡先缓慢扩张,扩张到最大半径后迅速收缩直至溃灭;耦合双气泡间存在相互作用力,使得空化气泡的扩张受到抑制、气泡收缩时间增长;空化气泡在收缩阶段的能量转换能力增强,相比单气泡声空化,耦合双气泡溃灭时气泡内部的压强更大.本文分析结果将为超声空化泡群的动力学过程模拟提供参考.     

SPH/FEM耦合算法在陶瓷复合靶抗侵彻数值模拟中的应用

在SPH/FEM耦合算法程序中引入了陶瓷和金属材料的本构模型,对钨合金长杆弹侵彻陶瓷复合靶开展了数值模拟。给出了侵彻过程的物理图像,并分析了陶瓷靶的抗侵彻机理。对不同入射速度下的计算结果和实验结果进行了对比,计算得到的侵彻深度和实验值比较一致,验证了耦合算法的有效性。     

纳米尺度热物理中的声子弱耦合问题

纳米尺度热物理中的诸多新现象、新机制与声子弱耦合存在密切关联.本文介绍了声子弱耦合机制,以及相关的物理现象:低维体系中热导率的尺寸效应、声子双温度现象和范德瓦耳斯堆叠界面的高热阻等.同时概述了近年国内外学者对于这些新颖物理现象的前沿研究成果.对声子弱耦合目前面临的问题,例如理论模型如何加入声子波动性等,进行了简要讨论和展望.     

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。     

长骨中振动声激发超声导波的方法

为了实现一定频段内任意低频下在长骨中激励导波信号,本文提出一种采用聚焦高频(5 MHz)超声换能器在长骨皮质骨中激发低频(150 kHz)超声导波的振动声方法.首先介绍了板状超声导波理论和双声束共聚焦法与单声束调幅法激发振动声的基本原理;进而采用三维有限元仿真方法分析振动声激发低频超声导波的基本现象,然后结合牛胫骨板离体实验,验证振动声激发低频超声导波的可行性.结果均表明,双声束共焦与单声束振动超声均可在骨板中激发低频超声导波.相关研究方法有助于提高空间域长骨中超声导波测量精度,以及在一定频段内实现任意频率激励等,对发展低频超声导波在体测量长骨皮质骨的新技术具有一定的指导意义.     

求解洞穴散射问题的带有吸收边界层的有限元方法

给出二维洞穴散射问题的带有吸收边界层的有限元方法.通过吸收边界层将无界域问题截断,得到一个有界域问题,求解此有界域问题来代替原问题.进一步分析收敛性并进行数值模拟.结果表明了此方法的有效性.     

间断有限元方法在弹尾超音速喷流计算中的应用

采用间断有限元方法对超音速无粘喷流流动进行数值模拟.将二维双曲守恒方程的间断有限元方法发展到轴对称Euler方程,并就某导弹尾部超音速伴随射流进行数值计算.计算结果与实验照片反映的流动特征吻合较好,与高精度、高分辨率TVD格式的计算结果相比,间断有限元方法的计算结果在轴线反射点附近具有较高的分辨率,表明该方法对激波具有较强的捕捉能力,在激波阵面上不会产生振荡或抹平间断现象.     

冲击动力学中离散元与有限元相结合的计算方法研究

 阐述了一种离散元与有限元法相结合的计算方法,编制了可应用于细观模拟的二维程序,对受冲击载荷作用的均匀材料和非均匀材料的响应特征进行了计算,并对数值模拟进行了验证。计算结果与理论值较吻合,验证了方法的可行性。     

高分辨率间断有限元方法

间断有限元方法是集高分辨率有限差分方法和有限体积方法的优点发展起来的一种数值方法,在计算流体动力学问题上显示了优良的效能.利用守恒问题给出间断有限元方法的基本概念和过程,利用简单算例给出该方法的精度分析和限制器对精度的影响,并给出浅水波问题、交通流问题和波传播问题的数值模拟结果,进一步,综合评介该方法在椭圆、抛物、对流扩散、Hamilton-Jacobi方程、Navier-Stokes方程等的实际应用进展.     

一类各项异性半线性椭圆方程自然边界元与有限元耦合法

将冯康和余德浩提出的自然边界归化方法用于研究一类半线性椭圆方程外区域问题,提出一种自然边界元与有限元的耦合算法、针对某一类半线性椭圆方程,应用变分原理,研究其弱解性及Galerkin逼近,得到有限元解的误差估计及收敛阶O(h^n),最后给出相应数值例子。     

一种二阶混合有限体元格式的GAMG预条件子

针对一种含跳系数椭圆问题的二阶混合有限体元格式,讨论求解相应离散系统PGMRES法的预条件子构造问题.通过严格的理论分析,建立分层基下该二阶混合有限体元刚度矩阵和二次有限元刚度矩阵的谱等价关系,并利用关于二次有限元刚度矩阵的一种基于分层思想的GAMG预条件子,为二阶混合有限体元刚度矩阵设计一种高效GAMG预条件子.数值结果验证理论分析的正确性和新预条件子的高效性与稳定性.     

离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用

在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题.提出并建立起离散元与有限元结合的多尺度方法,该方法采用离散元对感兴趣的局部进行细观尺度的模拟,利用有限元进行宏观的模拟,从而节约了计算时间.采用一种特殊的过渡层衔接离散元区和有限元区.将这一方法应用于激光辐照下预应力铝板的破坏响应,并将得到的模拟结果与实验进行了比较.     

Finite Difference/Element Method for a Two-Dimensional Modified Fractional Diffusion Equation

We present the finite difference/element method for a two-dimensional modified fractional diffusion equation. The analysis is carried out first for the time semi-discrete scheme, and then for the full discrete scheme. The time discretization is based on the $L1$-approximation for the fractional derivative terms and the second-order backward differentiation formula for the classical first order derivative term. We use finite element method for the spatial approximation in full discrete scheme. We show that both the semi-discrete and full discrete schemes are unconditionally stable and convergent. Moreover, the optimal convergence rate is obtained. Finally, some numerical examples are tested in the case of one and two space dimensions and the numerical results confirm our theoretical analysis.     

An Inf-Sup Stabilized Finite Element Method by Multiscale Functions for the Stokes Equations

In the paper, an inf-sup stabilized finite element method by multiscale functions for the Stokes equations is discussed. The key idea is to use a Petrov-Galerkin approach based on the enrichment of the standard polynomial space for the velocity component with multiscale functions. The inf-sup condition for $P_1$-$P_0$ triangular element (or $Q_1$-$P_0$ quadrilateral element) is established. And the optimal error estimates of the stabilized finite element method for the Stokes equations are obtained.     

微波元件与加速结构的有限元分析

研究了有限元方法在二维均匀结构和轴对称加速结构中的应用,采用了带宽优化技术和子空间求解特征值方法,并给出了部分例子,结果表明该方法精度高、速度快.这些方法可直接用于三维程序、并行计算.