三维声场边界元法几乎奇异积分问题分析

以三维声场问题为例,提出一种准确计算高阶单元几乎奇异积分的半解析算法.首先分析高阶单元几何特征,构造近似几何量,然后应用扣除法,将奇异积分核函数分解为规则核函数与近似几何量表达的奇异核函数.规则核函数积分采用常规Gauss数值积分计算,奇异核函数积分采用半解析算法计算.给出三维声场内问题和外问题经典算例,计算了近边界点的声压,结果证明本文半解析算法的有效性和准确性.     

热应力边界元法中几乎超奇异积分的计算

通过分部积分变换将热弹性力学应力边界积分方程中的超奇异积分转化为强奇异积分,然后与另一个强奇异积分求和,得到仅含几乎强奇异的热应力自然边界积分方程.再对其中的几乎强奇异积分施以正则化,消除了热弹性力学边界元法中的几乎奇异积分,可以准确计算出热弹性力学问题中近边界内点的热应力.算例证明了方法的有效性.     

脉冲超声在固体中散射的理论与实验研究──国家自然科学获奖项目

文章首先阐明，由于超声无损检测技术的发展及更高的要求，脉冲超声散射问题的研究不仅具有重要的学术意义，而且有十分紧迫的实际需要． 本课题从1979年开始，十年来在理论和实验上都取得了一定成绩．理论上创立了一套解决脉冲问题的方法，所获散射问题的解具有明确的物理意义；实验上成功地使用了“脉冲光弹显示技术”，不仅可验证理论结果，而且在无理论可循时也能先显示出实际现象．最后，文章以两个比较基本的散射问题为例说明我们的工作，并提供了光弹照片．     

一种小型固体脉冲激光器的研制

本文介绍一种小型固体脉冲激光器。仪器具有结构简单、合理、使用方便、体积小等特点。     

活塞式超声换能器声场的一种解析描述

本文作者采用一种全新的“高斯函数多项式”来描述活塞声场,用这种方法计算了活塞式声场的轴向分布和远近场的径向分布,与用精确的表达式(瑞利积分)计算结果颇相符合,并证明了这种“函数多项式”或高斯函数组对于某一类函数展开是完备的,这表明轴对称声源可以看作一系列高斯声源的线性叠加。这种方法不仅为了简化声场的数学描述,而且也有利于处理有限束声场的散射、聚焦声场等声学问题。     

有限长导管声场预报的一种边界元方法

为了研究介质流动情况下有限长导管中点声源产生的声场,提出了一种以源势密度作为未知数的间接边界元方法。首先将整个求解空间划分为管内和管外两个相互独立的封闭域,然后利用压力和速度在开口处的连续条件和壁面边界条件将内外域的声场方程联立为一个矩阵方程,求解出源势密度后由源势密度计算出任意位置的声场。与Myers的基准数据比较表明本文所得计算结果与之相符。该方法简化了过去声场边界积分方程的形式和数值积分奇性的解决过程,稍加变换便可应用于任意形状导管和复杂声源。     

脉冲超声换能器声场测试系统的设计

脉冲超声换能器是超声检测的关键部件,为了获取其声场特性参数,该文基于小球反射法,采用虚拟仪和单片机技术设计了工业用圆形晶片活塞声场测试系统。系统的程控交互界面采用美国国家仪器公司研制开发的图形化编程软件LabVIEW设计,通过调用动态链接库与系统核心硬件超声发射接收卡进行数据通信及对其功能进行设置,同时系统上位机通过RS232串口与下位机单片机通讯,实现对三轴扫查平台的多种扫查方式控制。该系统可实时显示脉冲换能器声压分布图像,并可通过对声压分布数据实现对换能器近场长度及扩散角等参数的测量。     

水下掩埋目标的散射声场计算与实验

水下掩埋目标声散射问题是识别和探测掩埋目标的理论基础, 是声散射研究领域的热点问题. 本文基于射线声学推导了掩埋情况下目标声散射计算的格林函数近似式, 并在此基础上进一步给出了相应的远场积分公式. 在有限元方法的基础上, 将推导得到的公式写入有限元仿真软件, 对软件功能进行拓展, 构建二维轴对称目标的声散射模型, 并计算掩埋情况下弹性实心球在不同条件下的目标强度, 获得了其散射声场随频率、掩埋深度、沙层吸收系数等参数的变化规律. 开展实心球的自由空间和浅掩埋条件下水池声散射实验, 利用共振隔离技术处理实验数据, 提取目标声散射的纯弹性共振特征进行分析, 结果表明可将其用于掩埋目标识别和探测. 最后利用总散射声场与理论计算结果进行对比, 验证了理论仿真的正确性.     

管内声场计算的一种新的差分方法

本文提出一种新的计算管内声传播的差分方法。它采用MacCormack时间分裂显式格式,直接求解声压和声学速度的基本方程组,通过合适处理声学边界条件,成功地计算了三维矩形管内声场。文中还给出了全部计算格点的差分格式和稳定性条件。这种差分方法的特点是内存少,计算比较稳定,程序简单,调试方便。特别适合于三维声场计算。     

水平变化波导中一种声场计算方法的数值实现

全局矩阵方法计算水平变化环境中的声场具有稳定性好、速度快、精度高等优点,在数值实现中如何快速、准确的求解大规模矩阵是该方法的一个关键问题。本文针对全局矩阵的特点,分别利用两种矩阵求解器,PARDISO和LAPACK,求解该问题。经过比较和讨论,得出结论:LAPACK对于全局矩阵的求解更有优势,求解速度快,而且可求解问题规模相对较大。使用不同的数值实现方法计算了楔形波导的传播损失(ASA标准问题),与解析解比较,证明全局矩阵方法计算精度很高。     

尾焰中固体粒子光散射的理论计算

固体粒子光散射的理论计算是解决辐射传输的基础之一。本文系统介绍均匀球形粒子光散射的Mie理论,着重于建立一套高效率的数值计算方案。用它可以快速而准确地得出均匀球形粒子的散射截面、吸获截面与散射相函数。本文还对Al_2O_3。粒子的光散射进行了具体计算,计算结果可用于实际工程计算。     

B型超声诊断仪声场参数的测量与计算的一种简化方法

本文概述了B型超声诊断仪声场特性的基本测量和计算方法，提出了一系列典型声压波形的瞬时声压平方函数的时间积分解析表达式，可用来近似计算脉冲声强积分和各种脉冲声强参数．对三种典型超声诊断仪的输出声压波形函数，分别进行数值积分和解析计算，两者的计算结果偏离值均小于±7．0％，表明利用这些公式可使测量过程中的数据采集和计算程序大为简化，在实际应用中具有推广价值．     

显示固体中声场的光学方法

光弹法是一种观察透明固体中声场的有效方法。本文介绍了我们实际采用的光弹法声场显示的装置、原理及部分拍摄的声场照片。另外,文章对线偏振光系统声应力测量提出了一种简便的方法,解决了光弹法声场定量测量的一些具体问题。     

浅海声场垂直相关与边界反射(散射)损失

在浅海均匀层中,利用三参数海底声学模型,引进声传播有效掠角的概念,推导了声场垂直相关与边界损失等参数的关系;提出了大面积测量低频小掠角海底反射（散射）损失的方法;在0.4—3.15kHz频段内测量了小掠角0.7—15°范围内的边界反射（散射）损失;根据本文结果及有关资料^[9,10],可以较好地解释浅海平均声场过渡距离随频率的变化。     

管道及消声器学特性的边界元法计算

从流体力学的基本方程出发，导出等截面管内具有平均流和线性温度梯度时的三维声传播方程，然后采用迭代法将其化成可用边界积分方程表示的形式，最后用边界元法求解，由边界元法计算消声器的四极参数，从而可预测传递损失等声学特性，文中计算了膨胀腔内传递损失，并与一维理论结果进行了比较。     

固体宽带组合脉冲的一种设计方法

用量子力学微扰方法结合相干平均理论提出了固体宽带组合脉冲的理论,并用该理论设计了固体宽带组合π脉冲P_x(90°)P_y(90°)P_x(90°),实验表明效果较好。 关键词：     

有限波束作用下掩埋球体的散射声场计算

计算并分析了海底掩埋物体的三维散射声场。采用“等效垂直线列阵”方法来进行有限波束的建模,并将浅海波导中点声源散射声场的波数积分计算方法,推广到有限波束作用下海底掩埋物体的散射场计算,本文导出了物体位于沉积层中的散射声场计算公式。计算结果表明,在波导中垂直面内的散射声场,与沉积层中点源形成的声场非常相似;当距离较远时,散射声波呈柱面波衰减。文章还分析利用海面反射以提高散射能量的可能性,表明波束指向性及波束宽度对散射声场有较大影响。     

一种可稳定计算Pekeris波导中声场的波数积分方法

提出一种可稳定计算Pekeris波导中声场的波数积分方法,并在此基础上开发出一个数值模型,可用于提供Pekeris波导中声场的精确、稳定的数值解。在这个方法中,由于与深度有关的波动方程齐次解中所有的上行波与下行波均采用了合理的归一化表示,从而得到的系统方程是无条件稳定的。在简正波方法中,割线积分一般只对近场有显著影响。因此,传统的简正波模型一般都忽略割线积分对声场的贡献。但是,如果某号简正波离割线非常近,则割线积分对非常远距离的声场仍可能有显著影响。在这种情况下,传统的简正波模型由于忽略割线积分的贡献,从而得到的声场结果是不准确的。本文通过数值算例比较本文提出的波数积分模型与传统的简正波模型。数值结果表明,本文提出的模型可以提供精确、稳定的Pekeris波导中声场的数值解,而在某些情况下传统的简正波模型得到的声场结果是不准确的。因此,本文提出的模型可以作为Pekeris波导中声传播问题的标准模型使用。     

一种强指向性基阵的设计及声场计算

提出了一种新的基阵:将90个小圆环分布于半径不同的5个同心圆周上,对每个小圆环采用了抛物型的振速加权。通过改变阵元尺寸、间距等参数研究了声场特征的变化。计算结果表明,该基阵模型具有非常高的指向性和抑制旁瓣的能力。通过优化阵元组合方式和参数,可获得最佳的声压分布效果。