双层粘接板界面的超声非线性谐振特性分析

采用声-力-电类比建立粘接界面非线性力学行为的等效非线性振荡电路,以求解双层粘接板的超声非线性谐振频率。理论上导出非线性谐振频率方程,确定双层粘接板非线性谐振频率与激励幅度、三阶弹性劲度系数的解析关系。双层粘接铝板的超声实验发现:在不良粘接情形下,超声谐振频率发生偏移,其值大于粘接完好区,且激发了较强的三次谐波,但二次谐波幅度变化不大。实验结果表明三次谐波幅度上升,超声谐振频率也显著增大,与理论导出非线性谐振频率变化规律相吻合,且三次谐波与基波、二次谐波的比值反映了非线性谐振频率变化趋势,证实粘接层三阶劲度系数是产生非线性共振频率偏移的主要因素。     

循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价

材料损伤以及性能退化与超声波的非线性效应密切相关.为研究循环温度疲劳作用下粘接界面的损伤情况,本文采用超声波透射法,研究了6061型铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面的声学非线性系数随高温、低温循环次数的变化情况.结果表明,在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;对于低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其值增速减缓.在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大.进一步的讨论结果表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是引起非线性系数变化的主要原因.     

各向同性固体界面非线性反射的实验研究

实验测量了SV波入射到玻璃-空气,玻璃-铁、铜、铝界面上时反射的二次谐波SV波,研究了非线性反射效率与入射角以及材料的线性和非线性特性的关系,发现在某些入射角下,反射的二次谐波会有较大的振幅,报道了实验结果并和理论进行了比较。     

声波在锥棒中非经典非线性传播及实验验证

弹性体材料在早期退化阶段会出现一些长度不同,且分布不均匀的介观尺度微裂纹,声波在这些裂纹聚集区(或裂纹群)传播会激发较强的非经典非线性。文中以缓变截面的锥棒为研究对象,在Preisach-Mayergoyz (PM)空间模型下研究了声波通过微裂纹聚集区激发的非经典非线性谐波传播特性,实验验证了三次谐波位移幅度与缺陷位置、宽度的反演关系。理论计算和实验结果表明:微裂纹群激发了较强的奇次谐波,引起非经典非线性传播;其谐波幅度与微裂纹聚集区域位置、宽度及非经典非线性参数紧密相关,利用三次或五次谐波位移幅度能够准确定位缺陷的区域。     

宽谱染料激光器的数值模型及实验验证

应用染料激光器半经典理论,数值模拟了脉冲染料激光器双频及宽谱共增益区的谱线竞争效应,与实验结果符合较好.在双频相关调谐工作条件下,调谐范围增大近25％.在宽谱工作条件下,随着输出耦合损耗增大,谱线宽度逐渐减小. 关键词： 染料激光器 半经典理论 谱线竞争     

非线性声波方程二次谐波高阶近似解及实验验证

非线性声波方程的传统二次谐波二阶近似解不够精确,对测量材料的非线性系数造成较大误差。利用摄动法展开非线性声波方程得到一系列非齐次偏微分方程,根据低阶解的性质拟定高阶特解的形式,通过符号计算求出高次谐波特解,对所有二次谐波成分求和最终获得二次谐波的高阶近似解。在水中开展非线性声学实验验证高阶近似解,结果表明:二次谐波相对幅度随传播距离和输入信号均呈现先增加后减小的趋势,高阶近似解即使在传播距离不太短和输入信号不太弱的宽泛条件下也能更好地吻合实验结果。得到的高阶近似解不仅弥补了现有二次谐波幅度理论公式的不足,进行非线性声学实验时还可扩展测量范围,充分利用实验数据也能提高非线性系数的测量精度。     

热声压力波放大器的湍流模型及实验验证

热声压力波放大器是一种利用声学特性将压力波幅值进行放大的一种装置,它主要用来连接热声发动机和其驱动的制冷机,增大制冷机的驱动压比.由于声学压力波放大器内的压力幅值通常较大,流动速度也非常大,所以用线性热声理论难以对其进行准确的计算.本文通过对线性热声理论进行修正,获得了热声压力波放大器内湍流流动的修正方法,并对该修正方法进行了实验验证.研究结果表明,通过修正后的理论模型可以对热声压力波放大器进行较为准确的计算.该计算模型预计在其它的一些交变流动系统中也具有一定的适用性.     

EDFA黑盒模型及其虚拟实验验证

首先根据EDFA两能级放大模型推导出黑盒模型;其次,采用虚拟实验方法,分析了黑盒模型在不同条件下计算的精度;最后分别模拟放大系统采用黑盒模型和两能级模型,有八个WDM光信号输入时,放大后的光谱图.结果表明两者十分一致.     

粘接界面特性的超声检测与评价

粘接界面特性的超声检测与评价既是物理学的前沿问题,又是经济建设和国防安全亟需解决的应用问题。高波阻介质下多层低波阻介质界面脱粘检测、滑移界面检测和粘接强度定量评价是粘接质量检测中遇到的三大难题。本文综述了课题组十余年来在攻坚三大难题方面的研究工作：建立了共振匹配理论,发明了六项关键技术并实现了技术集成,研制出全新概念的超声检测设备,解决了第一个难题;成功研制出横波直探头,用纵横波综合判断方法解决了第二个难题;对第三个难题,建立了粘接界面非线性弹簧模型,为利用非线性声学参量评价粘接界面奠定了理论基础,并探索性地利用统计性方法对粘接强度进行了预测,取得较好效果。     

超声在粘接界面的反射和透射

本文讨论了有关超声在两种固体粘接界面上的各种理论模型，介绍了这些模型所假设的界面边界条件以及由此而得到的超声在粘接界面上的反射系数和透射系数。     

Theoretical and experimental research on nonlinear spring models of a bonding interface

<正>The nonlinear boundary conditions on a bonding interface between two solids of a longitudinal or shear horizontal(SH) wave under normal incidence were explored.By applying the second-order perturbation method,the nonlinear spring models are rigorously developed in the limit of small thickness to wavelength ratio.Numerical results agree well with the exact solutions obtained by continuous boundary conditions.The nonlinear spring model for longitudinal wave is verified by measuring the nonlinearity of a wedge-shaped bonding structure of steel or aluminum substrates.The experimental results reveal that the above model is rather accurate and as the impedance ratio of adherend to adhesive increases,the model becomes more accurate.     

Theoretical and experimental research on a disk-type non-contact ultrasonic motor

We developed a disk-type non-contact ultrasonic motor based on B22 vibration mode. The rotors of SU-8 photoresist are fabricated by the UV-LIGA process to control their shapes and thicknesses. So the structures of them are optimized by the experiments. It is found that the revolution speed of disk-type non-contact ultrasonic motor not only depends on the vibration amplitude of the stator, but also the weight and construction of the rotors. The maximum revolution speed of the optimal rotor is 3569 rpm at the input voltage of 20 V and the driving frequency of 45.6 kHz. The exciting principle of traveling wave is presented with theoretical equations. The electric signals applied to the piezoelectric ceramic are designed by the principle. The natural frequency and corresponding vibration mode are calculated and analyzed using finite element method. It is shown that experimental results are in good agreement with simulation, which verifies the effectiveness of the finite element model. Moreover, the levitation distance between the stator and rotor is measured by a CCD laser displacement transducer.     

光子晶体的相关理论分析和实验研究

简要介绍了新型光学材料－光子晶体的相关理论分析方法、实验制备和最新应用。     

折叠型平板Blumlein线的理论与实验研究

 对折叠型平板Blumlein线的特征参数进行了理论分析,采用模拟软件对传输线中的电磁场分布和波的传播过程进行了计算。根据理论分析和计算结果设计并制作了耐压600 kV、延时40 ns、特征阻抗为5 Ω的折叠型平板Blumlein线,该Blumlein线以Kapton薄膜为介质、以铜板为导体,腔体尺寸为1.2 m×40 cm×40 cm,初步实验在水电阻匹配负载上得到幅值为400 kV、脉宽36 ns的电压波形和幅值为40 kA的电流波形。在同样体积下进一步设计制作了耐压600 kV、延时150 ns、特征阻抗为15 Ω的折叠Blumlein线,得到幅值为450 kV、脉宽150 ns的电压波形和幅值为18 kA的电流波形。     

折叠型平板Blumlein线的理论与实验研究

对折叠型平板Blumlein线的特征参数进行了理论分析,采用模拟软件对传输线中的电磁场分布和波的传播过程进行了计算。根据理论分析和计算结果设计并制作了耐压600 kV、延时40 ns、特征阻抗为5 Ω的折叠型平板Blumlein线,该Blumlein线以Kapton薄膜为介质、以铜板为导体,腔体尺寸为1.2 m×40 cm×40 cm,初步实验在水电阻匹配负载上得到幅值为400 kV、脉宽36 ns的电压波形和幅值为40 kA的电流波形。在同样体积下进一步设计制作了耐压600 kV、延时150 ns、特征阻抗为15 Ω的折叠Blumlein线,得到幅值为450 kV、脉宽150 ns的电压波形和幅值为18 kA的电流波形。     

超快电子衍射仪理论及实验研究

研制一套同时具有时间分辨及空间分辨能力的超快电子衍射(UED)系统,理论时间分辨能力达到300 fs,空间分辨能力160 lp/mm,并对该系统进行了静态性能分析。实验表明,优化后系统电子束直径约为300 m,电子打靶角度约为0.09,同时对x和y偏转板的灵敏度、电子束斑尺寸及位置稳定性进行定量分析,利用该系统进行多晶铝膜电子衍射实验,分析衍射图样表明系统最小可以分辨单个晶格间距的0.36%。     

超快电子衍射仪理论及实验研究

研制一套同时具有时间分辨及空间分辨能力的超快电子衍射(UED)系统,理论时间分辨能力达到300 fs,空间分辨能力160 lp/mm,并对该系统进行了静态性能分析。实验表明,优化后系统电子束直径约为300 m,电子打靶角度约为0.09,同时对x和y偏转板的灵敏度、电子束斑尺寸及位置稳定性进行定量分析,利用该系统进行多晶铝膜电子衍射实验,分析衍射图样表明系统最小可以分辨单个晶格间距的0.36%。     

橡胶气球非线性特性的理论与实验研究

根据橡胶气球的热力学性能及门尼模型理论,推导出橡胶气球膜在充气与放气两个过程中受到的附加压强与气球半径的关系,并以此推导出不同半径气球内部的压强,以及两个相互连通的气球体积变化与内部压强的关系,理论结果与实验相吻合.将橡胶气球模型应用于简易气垫船研究,建立了气垫船运动模型,并利用实验结果对理论模型进行了修正.     

低温VM制冷机实验研究进展

VM制冷机是一种结构紧凑的热驱动斯特林型制冷机,主要靠工作热源间的温差在系统内产生制冷所需压力波动。通过对系统内部往复运动的排出器设置合适的相位角,VM制冷机可以实现从高温热源和低温热源吸热,向中间热源放热。此外,VM制冷机还具有磨损和振动小、寿命长等优点。到目前为止,气耦合脉冲管型的两级VM制冷机已经能够获得2.49K的无负荷温度,在4.2K可提供36m W制冷量。在总结单级和多级低温VM制冷机的实验进展的基础之上,进一步探讨了低温VM制冷机的应用领域,为低温VM制冷机的发展及实际应用提供了参考。