海底沉积物压缩波声速比与物理特性的关系

海底沉积物因组成结构复杂导致声学特性复杂多样,多种理论解释模型存在参数较多且各具适用性现象·通过运用体积平均和等效参数的方法对海底沉积物声波传播机理进行研究,提出一种少参数的海底沉积物与底层海水的压缩波声速比通用模型(General Model of Sound Speed Ratio,GMSSR).GMSSR模型包含弹性结构分布因子、孔隙度、等效密度比、等效弹性模量比4个物理特性参数。分析海底沉积物两相介质结构的串联和并联两种极限情况分析,基于弹性结构分布因子和串并联结构的体积平均分布建立一般情况下海底沉积物的等效弹性模量表达式·应用GMSSR合理地分析各海域测量的海底沉积物声速比经验模型的共性和解释南海实测数据分散的范围,表明:(1)表层海底沉积物主要是以串联结构为主,接近于悬浮液状态或者体积分量很少的并联堆积状态;(2)等效弹性模量比的影响因素大于等效密度比,结构变化往往通过影响弹性结构分布因子而影响等效弹性模量比,从而引起声速比的变化;(3)不同研究海域的声速比-孔隙度经验关系具有相似性,可以通过GMSSR模型分析得出;(4)基于弹性结构分布因子的差异,可以合理解释南海海域测量表层海底沉积物声速比较大的分散性。     

海底表层沉积物声速的环境因素影响特性

应用声速通用模型开展理论分析,结合温度-压力可控实验测量分析,研究地声反演、海底原位声学测量和采样样品声学测量3种主要的海底表层沉积物声学特性测量方法中,存在的环境因素影响机制和特性。理论计算与实验测量研究具有一致性,揭示温度和静水压力对海底表层沉积物的压缩波声速的影响机制主要是通过影响孔隙海水的密度、黏度、体积弹性模量体现的。在海底4000 m以内的表层海底沉积物通常存在的海底温度和静水压力范围内,发现声速比不为常数,随着温度升高和静水压力增大而呈现出细微减小趋势,理论计算海底沉积物与底层海水声速比波动度在2%以内,实验测量声速比波动度在2.73%以内。基于声速比不为常数,提出修正声速比校正模型,为减小温度和静水压力影响因素误差,更准确地实现不同原位、实验室环境状态下的海底沉积物声速的分析和比较提供了改进方法。     

海底底质的声学遥感和声学分类

海洋研究和海洋开发是新技术革命的重要内容.海洋开发迫切,需要了解海底底质和地层的情况,海底勘探过去主要靠钻探和取样.但在海洋条件下,钻探和取样非常费时和费力,代价很大.因此,使用声学方法,快速地了解海底底质及矿藏的情况,就成为非常必要.     

海底沉积物声特性与海水深度变化关系的研究

海底沉积物声特性的实验室测量结果,相对原位直接测量,将由于测量环境的改变而发生变化。其中海水深度(压强)的改变是影响海底沉积物声传播速度、声传播衰减系数的因素之一。文章以现有海底沉积物纵波传播速度理论为依据,分析了海水深度(压强)影响海底沉积物声传播速度、声传播衰减系数的原因;设计了海底沉积物声特性实验室仿真测量系统,并根据实验数据获得海水深度(压强)影响海底沉积物声传播速度、声传播衰减系数的变化规律。     

MgO悬浮液的切变波共振吸收谱研究

利用切变波共振吸收谱仪研究了氧化镁悬浮液的切变波共振吸收谱，发现它对切变波的振幅有很强烈的依赖关系。根据系统共振频率的变化以及，氧化镁悬浮液的共振吸收峰，可以算出，氧化镁悬浮液表现出的熵力矩。     

MgO悬浮液的切变波共振吸收谱研究

利用切变波共振吸收谱仪研究了氧化镁悬浮液的切变波共振吸收谱,发现它对切变波的振幅有很强烈的依赖关系.根据系统共振频率的变化以及,氧化镁悬浮液的共振吸收峰,可以算出,氧化镁悬浮液表现出的熵力矩.     

海底单参数频域反演与沉积物分类

为了快速获取海底声学特性,从降低反演参数维数入手,提出一种基于海底单参数(小掠射角下海底反射损失随掠射角的变化率)的频域反演方法,并用于沉积物分类。在海底单参数模型基础上,对海底反射信号进行频域相关处理,利用几何射线理论,推导获得海底单参数与归一化频域自相关系数下降至0.5时频移量之间的关系表达式。通过研究海底单参数与沉积物类型之间的等效关系,对海底沉积物进行分类。对波兰波罗的海实验数据进行实际反演,得到1000~2500 Hz频段内的海底单参数值,进而判定实验海域海底沉积物类型为极细砂。结果表明,根据单参数反演值预报的声传播损失与实验测量值符合较好,利用频域反演结果获得的海底沉积物类型与取样结果一致,验证了实验海域频域反演方法的有效性及分类结果的正确性。     

20 GPa斜波压缩下PBX-14炸药的动力学响应

利用磁驱动加载实验技术和激光干涉测速技术,开展了未反应固体TATB基PBX-14炸药的斜波压缩实验,获得了20 GPa峰值压力下PBX-14炸药的后表面速度波剖面实验数据。基于阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法处理实验数据,获得了0~20 GPa压力范围内PBX-14炸药的压力-相对比容关系、高压声速-粒子速度关系等动力学特性参数。结合等熵状态方程和由实验获得的动力学参数,对PBX-14炸药的斜波压缩实验过程开展了一维流体动力学数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,验证了本实验方法、数据处理方法及选取的物理模型的正确性。     

钢丝的切变模量与扭转角度关系

研究了钢丝的切变模量随其扭转角度变化而变化的情况,观察到扭转角大于某一角度时,切变模量趋于定值的规律,得出扭摆实验准确测量的方法.     

台风莫拉克(2009)暴雨过程中位势切变形变波作用密度诊断分析和预报应用

在水平风场切变形变的基础上引入物理量——位势切变形变, 把水平风场的垂直分量和切变形变与广义位温的空间梯度结合起来. 该物理量的二阶扰动被定义为波作用密度, 在局地直角坐标系中推导了能够描述中尺度扰动系统发展演变的波作用方程. 对2009年登陆台风莫拉克引发的暴雨过程进行诊断分析, 结果表明, 台风中心区切变形变向涡度的转化显著, 该转化通过纬向风的经向梯度实现. 纬向风速的经向梯度与广义位温垂直梯度的耦合引起位涡和位势切变形变之间的转化, 以至于位势切变形变和位涡的异常值区分别位于台风环流的外侧和内侧. 波作用密度因能够描述水平扰动风场的垂直切变和切变形变以及凝 结潜热函数扰动梯度而与观测降水联系紧密. 相关统计分析表明, 2009年夏季波作用密度与6 h观测降水存在明显滞后相关性, 对未来6 h降水有一定的指示意义. 另外, 波作用密度通量散度和扰动非地转风位涡是影响波作用密度局地变化的主要物理因素. 基于波作用密度与观测降水的良好相关性, 建立了波作用密度暴雨预报方程. 2009年登陆台风"苏迪罗", "天鹅", "莫拉菲"和"巨爵"的暴雨预报个例分析和长时间序列的ETS评分计算表明, 波作用密度对台风暴雨具有较好的预报效果, 其预报降水能力略优于美国全球预报系统(GFS)的直接降水预报. 关键词： 位势切变形变 波作用密度 波作用通量散度 台风暴雨     

声速测量实验的探讨

对声速测量的共振干涉法中的相关问题进行了理论探讨,使学生对此实验的物理图像有更清楚的认识.     

声速测量实验原理讨论

对空气中声速测量实验原理进行了讨论,考虑了空气对声波的吸收,分别用平面波和球面波表示发射探头和接收探头之间的声波,导出了接收声压的表达式,分析了声压随探头间距的变化规律.结果表明,尽管声场不是理想驻波,但声压极值随探头间距按半波长周期性的变化规律与驻波共振原理得到的结论相一致,然而3种原理在解释接收声压幅值衰减规律时存在差异,其中球面波原理与实验现象最吻合.     

基于锁定放大器的声速测量法

介绍一种用锁定放大器替代示波器确定声波相位,进行声速测量的方法.利用锁定放大器的高灵敏度、高信噪比的特点,能有效地提高实验装置的抗干扰性和测量准确度,被测量对象也可由原单一频率的超声波改变为任意频率的声波.本实验不确定度<5%,若采用更精密的仪器,实验不确定度很容易达到0 5%.     

Leaky modes and their contributions to the compressional head wave in a borehole excited by a dipole source

A method of studying the contributions of leaky modes to the wave field is presented based on the analysis of the Riemann surface structure of the characteristic function, and the sensitivities of con- tributions to various factors of interest are examimed. Numerical results show that their contributions to the compressional head wave are related to the distributions of complex poles on (-1, -1) and (0, -1) Riemann sheets on the frequency-wavenumber (ω - k) plane. For fast formations, their contributions ar...     

声波在一维易膨胀介质中传播的计算机模拟

建立了一种新的介质模型，其弹性模量在声波处于压缩状态时较大，而在膨胀状态时较小. 在这种介质中，纯的压缩或膨胀波的传播特性与一般弹性介质类似，只是它们分别以压缩声 速或膨胀声速传播.但当它们在某一区域中同时存在时，它们之间会相互耦合，产生非常强 的非线性效应.对这两种波在对行和追赶两种情况的耦合特性作了详细地模拟计算.结果显示 在两种情况下，压缩波和膨胀波的耦合均会造成体系的膨胀.体系的膨胀与压缩弹性模量和 膨胀弹性模量的相对差有关.此外，还对弹性模量随声波压力连续变化的体系进行了模拟计 算.结果证实由非连续变化的弹性模量所得的结论可由连续变化的弹性模量的极限情况得到. 关键词： 颗粒物质 声波 弹性介质     

驻波声场中悬浮临界密度及稳定性研究

本文以声场中物体为研究对象,理论上得到行波和驻波场中的声辐射压力方程.在驻波声场中引入临界悬浮密度概念,可作为物体能否在非线性声场中悬浮的判据,同时给出谐振腔移动速度的最大范围.更进一步,以实验参数作为数值计算的输入来指导实验,并结合实验结果讨论了驻波声场中样品密度和大小、发射面和反射面形状以及两者之间的距离、反射面的尺寸等因素对物体悬浮稳定性的影响,发现当物体尺寸和密度确定时,调控好谐振腔的长度,增加波腹处的声压是提升声悬浮稳定性的有效手段.     

水下等离子体声源的冲击波负压特性

基于修正的Rayleigh气泡脉动方程对水下等离子体声源放电产生的 强声冲击波的传播过程进行了分析; 利用Euler方程作为控制方程组, 建立了水下等离子体声源的聚束声场模型, 通过仿真计算获得的传播云图对冲击波负压的形成机理进行了直观的理论分析. 结果表明: 经过聚能反射罩反射汇聚得到的聚束波在反射稀疏波和水的惯性作用下, 聚束波周围水域产生了拉伸, 形成负压区, 如果拉伸力大于水的抗拉上限, 就会使得水中形成不连续现象, 即出现空化气泡; 此外聚能罩边缘处产生的衍射波进一步加剧了负压的产生, 边缘衍射波最终与拉伸波叠加, 使冲击波负压达到最大值; 通过对比仿真波形和实验波形, 从而验证和进一步揭示了冲击波负压的形成原因. 研究结果对认识水下冲击波的传播规律和进一步改进等离子体声源的设计具有指导意义. 关键词： 等离子体声源 冲击波负压 聚束声场模型 气泡     

用Wave CN软件演示声波干涉

利用计算机软件Wave CN直观稳定地演示了声波干涉现象,验证了波的干涉加强和减弱的条件.     

声波多普勒效应综合实验

利用运动物体反射声波与原声波合成后产生拍，用数字存储示波器测定拍频，从而测定空气中的声速或运动物体的速度，并给出了相应的实验装置、实验方法。