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.     

接触缺陷的振动调制超声导波检测技术研究

针对常规线性超声检测方法无法实现板结构接触类缺陷(如微裂纹、脱粘等)检测问题,将超声导波技术与振动声调制技术相结合,利用稀疏分布传感器发展了一种板结构中接触缺陷非线性超声检测方法。通过低频振动改变缺陷的接触状况,使得通过接触面的高频导波信号的相位和幅值受到调制。对受低频振动调制的超声导波二维时间序列进行时频分析,由于接触类缺陷的存在,在振动调制超声导波序列的时频分布上出现明显的低频振动频率分量。利用提取出的低频振动频率下的超声导波信号,进行了结构接触缺陷成像处理。检测试验表明,基于振动声调制的超声导波缺陷成像方法可以实现结构中的接触类缺陷检测。      

充液管路系统流体声与结构声的复合有源控制

采用基于谐频自适应控制算法的有源消声与消振系统对充液管路系统突出的低频线谱噪声进行有源控制实验研究.建立了泵水循环管路实验系统,在管路中安装有源消声器对流体声进行控制,在管路出口障板上采用8×8通道有源消振系统控制结构声辐射。开展的低频线谱噪声与振动有源控制实验结果表明,在50~200 Hz频带内,通过结合有源噪声与振动控制可在多数频点取得10 dB以上的降噪效果。针对该实验系统,通过分别控制流体声和结构声分析了两者的贡献.实验结果验证了有源消声与消振系统具有较好的降噪性能,各频点处流体声与结构声占比情况不同,需要综合控制流体声与结构声才可以取得显著的降噪效果。      

弹性微管内气泡的非线性受迫振动

将弹性管壁视为膜弹性结构, 探索在外部声场作用下弹性微管内液柱-气泡-管壁构成耦合振动系统的非线性特征. 利用逐级近似法对系统非线性共振频率、基频和三倍频振动幅值响应、 分频激励共振机理等进行了理论分析. 基频和三倍频振动的幅-频响应数值结果表明: 气泡的轴向共振和管壁共振不能同时出现; 两垂直方向的振动均表现出幅值响应多值性, 进而可能引起系统的不稳定声响应; 三倍频振动在低频区的声响应强于高频区. 关键词： 弹性微管 受迫振动 非线性振动 气泡声响应     

用于汽车压缩机振动噪声控制的声子晶体设计与试验*

针对汽车压缩机低频振动噪声控制难的问题,基于局域共振机理在压缩机外壳设计一种声子晶体结构。借助有限元法,计算声子晶体带隙范围,阐明声子晶体结构参数与在压缩机外壳布置方式选取原因,分析其具备的优势。而后,定制各部分材料组装声子晶体实体并布置于压缩机外壳后端面,搭建压缩机振动噪声台架试验台,选取4个声学场点采集辐射噪声,并记录压缩机本体振动变化情况。进一步,选取某型号汽车搭建压缩机整车振动噪声试验台,在驾驶员座椅右侧靠近人耳处设置声学麦克风采集驾驶室内辐射噪声,并记录压缩机本体振动变化情况。试验结果表明,压缩机外壳安装声子晶体后,在声子晶体带隙频率范围对应转速内,台架与整车试验测得总辐射噪声与压缩机本体各向振动加速度RMS值基本存在改善,且部分转速范围效果显著。本文为汽车压缩机低频振动噪声控制研究提供了新的参考。     

振动环境试验设备系统仿真

振动试验系统由振动控制器、功率放大器、振动台、夹具、试件、加速度测量系统等组成。振动试验设备系统包括了除夹具、试件以外的各系统，涉及力学、电子学、计算机测量与控制等多个领域。通过对整个设备系统进行仿真，可以对振动试验开展定量的和数字化的研究，对深入认识振动试验的原理、改进和提高试验质量，具有重要意义。     

振动激励条件下复合材料损伤生热的研究

为实现对复合材料表面及浅表面损伤的快速检测,采用振动热成像技术,对复合材料在疲劳、冲击等不同作用下产生的损伤进行了检测研究。分析了瞬时性和周期性两种内生热源形式下平板构件的表面温度场分布。基于有限元法计算了表面裂纹、浅表面分层及内部脱粘等不同类型损伤在振动激励条件下的生热情况。在设计制作复合材料疲劳裂纹试件和冲击损伤试件的基础上,利用超声波发生器和红外热像仪开展了试验研究。结果表明:振动热成像技术能够快速准确地检测到复合材料表面及浅表面的紧贴型损伤;通过红外序列图中热斑形状可判断损伤的类型。     

金属杆内疲劳裂纹与振动/超声相互作用及其定量表征

根据同步解调的原理,考察振动声调制检测输出信号中的调制成分,对金属杆内振动/超声在裂纹面上的相互作用进行了分析.制作了含有不同尺寸裂纹的铝杆试样,以扫频激励的方式得到合适的高频激励参数,分析输出信号中的调制信息,发现工件中的高频超声可分为两部分:一部分声波通过裂纹面,受到低频振动信号的调制,另一部分则保持不变。在此基础上对非线性调制模型进行了修正,并提出了一种用于裂纹检测的定量方法。与超声C扫描检测结果对比表明,此定量方法可用于估计金属杆中疲劳裂纹尺寸。      

飞机的噪声环境及其结构的声振疲劳

本文简述了对某类机动飞机进行噪声环境测量及其数据归纳的方法;根据编制的噪声载荷谱和受载特点,选择适当的噪声源,进行声疲劳试验,考核飞机结构声疲劳特性,并对测量、试验结果进行分析,评定了几种抗声疲劳性能较高的结构形式。     

振动声调制技术下微裂纹的非线性响应分析

采用非线性弹簧模型对振动声调制技术下微裂纹产生的非线性调制效应进行解释。从理论上分析了振动声调制技术下微裂纹产生非线性调制现象的原理,将微裂纹的开合状态等效为非线性弹簧。利用有限元软件构建并仿真微裂纹非线性弹簧模型,分别观察不同激励下裂纹界面的开合状态及混合声波的传播特性。结果表明,微裂纹界面随低频声波呈周期性开合,使得通过裂纹界面的高频声波与低频声波相互调制而产生非线性现象。在以上研究基础上,开展振动声调制实验研究。对比仿真结果,非线性调制系数R在实验条件下和仿真随低频激励幅值的变化趋势相同,证明了该模型的正确性。该模型为振动声调制技术应用于微裂纹的超声非线性检测提供了理论依据。      

夹具动态特性对随机振动试验的影响分析

在振动环境试验中，夹具将振动台的运动和能量传递给试件。对于体积、质量比较大的试件，或者要求的边界条件比较复杂的试件，所设计的夹具结构一般都比较复杂，夹具作为一个重要参试部件，其自身的动力学特性将对试验结果造成一定的影响。本文将试件一夹具一振动台系统简化成如图1所示的三自由度系统，     

弯管对末端带弹性障板充液管路辐射声能量的影响

基于声固耦合有限元方法建立了末端带弹性障板的充液管路数值模型,重点分析了不同激励下弯管对管口辐射声能量的影响.结果表明:弯管引入的高阶周向模式耦合使结构振动和流体声传播都发生明显改变,以致系统辐射声能量及主要能量贡献源也发生转移,并随激励方式和频率而不同.对本文管路模型,平面波激励下弯管系统在低频的结构辐射声能量明显增...     

镁合金疲劳早期非线性超声在线检测实验研究

材料力学性能早期退化在微观结构上表现为位错和晶带滑移等缺陷的变化,在超声波检测中表现为高次谐波的产生.发展了一套在材料疲劳实验机上直接在线测量超声非线性系数的实验系统,在相同条件下测量了同一试件在不同输入电压下的二次谐波和基波幅度,二次谐波幅度和基波幅度平方的线性相关系数r=0.9996,表明实验系统是可靠的.同时利用该系统进行了三组不同加载应力的镁合金试件疲劳在线非线性超声检测实验.实验结果表明,在疲劳寿命的55％之前,超声非线性系数对疲劳加载周数具有很高的灵敏度.因此,利用超声非线性系数可以很好地表征镁合金的疲劳早期退化.另外在中低周疲劳范围内,加载应力的大小以及拉-拉和拉-压疲劳模式的变化对实验结果没有明显的影响.     

人体肱二头肌静态等长收缩振动模态研究*

本文研究肱二头肌静态收缩振动规律。利用多物理场有限元仿真软件COMSOL建立肱二头肌仿真模型,计算肱二头肌在静态时的本征频率及其模态,同时检测静态负荷弯举的肱二头肌肌声信号。模拟结果显示肱二头肌静态等长收缩振动模态主要有5种,且随振动频率的升高,振动模态趋于复杂。实验测量反映了肱二头肌静态收缩肌声振动能量集中在超低频区。仿真模拟结果与实验统计数据进行对比分析,发现肱二头肌在超低频区域振动的模态在y轴方向受力伸缩的同时,出现x轴和z轴方向的振动。振动主峰频率平均在12 Hz。     

低频振动传感器的设计

为了测量精密仪器运输过程中所产生的振动和进行仪器抗振试验,以及为了对保护仪器而设计的减振系统之减振效果进行检验,均需要使用低频振动传感器及其相应的测试系统。 目前,测量低频振动所产生的加速度一般采用压晶式、电感式或电阻式传感器。 本文叙述了我所研制成的一种电阻式低频振动传感器的基本设计原理,结构参数选择原则及标定方法,并举例说明了它的应用。     

高强混凝土单轴压缩声发射频率特征试验研究

为研究高强混凝土破裂前声发射信号的频率特征,对C60、C70、C80高强混凝土试件进行单轴压缩下的高、低频双通道声发射试验,得到破裂过程的力学参数和声发射参数,探求高强混凝土不同加载阶段声发射信号频率的分布特征。研究表明,三种高强混凝土在峰值应力前,高、低频通道声发射信号均集中在特定的频段内;临近峰值应力时,高、低频通道的声发射信号频率向低频段移动,同时优势频段内的频率趋于分散,这可作为预测高强混凝土破坏的前兆信息。     

线性时滞反馈引起的周期性振动共振分析

研究了高频信号和微弱低频信号同时激励下线性时滞反馈对过阻尼双稳系统和Duffing振子系统中振动共振现象的影响. 解析分析和数值结果都表明, 系统对低频信号的响应幅值增益随时滞参数的变化同时呈现两种不同的周期性关系, 其周期分别为输入的高频信号和低频信号的周期. 数值结果还表明, 对不存在经典振动共振现象的单稳Duffing系统, 通过调节时滞参数也可以引发振动共振现象. 使用时滞反馈不仅可以有效地控制振动共振, 还可以进一步增强系统对微弱低频信号的响应. 关键词： 双稳系统 Duffing 系统 线性时滞反馈 振动共振     

结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系及其应用

声辐射模态和结构振动模态之间的内在关系一直缺乏有效的证明。该文证明并揭示了结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系,而且对该关系的有效性和实用性进行了验证。首先从声辐射模态和振动模态的概念出发,利用结构振速的模态叠加特性,建立了两种模态之间的联系方程式；在此基础上根据各种模态形状的对称或反对称性推导出两种模态之间的对应关系；然后对其进行了数值仿真验证。研究表明：对于简支矩形平板而言,在低频范围内,奇-奇振动模态对应的主导声辐射模态是第1阶；偶-奇模态对应第2阶；奇-偶模态对应第3阶；偶-偶模态对应第4阶。最后将这种对应关系应用于结构声辐射有源控制中,通过对主导声辐射模态进行抵消,取得了很好的控制效果。     

20~#钢不同晶粒度试件拉伸损伤试验的声发射特性研究

采用声发射技术,对四种不同晶粒度20~#钢试件的单轴拉伸过程进行监测,探究不同晶粒度对于金属材料损伤过程中声发射特性的影响。试验结果表明:声发射信号的幅值、能量和撞击计数等特征参数能够很好地描述材料不同晶粒度大小对材料拉伸过程中声发射特性的影响。细晶粒试件声发射信号数较少,强度较低,随着试件晶粒度的增大,声发射信号的强度和活性呈现明显增加的趋势。说明粗晶粒试件力学性能劣化严重,拉伸过程极易损伤,因此,试验结果也反映了金属材料微观损伤过程中声发射与材料内部的损伤演化密切相关。     

钢筋混凝土动态粘结滑移声发射特性试验

为研究不同加载速率下钢筋混凝土粘结-滑移损伤破坏过程中的损伤特征,对钢筋混凝土粘结试件进行了0.01 mm/s～10 mm/s四种不同速度的拔出试验。采用实时动态的声发射监测技术对整个试验过程进行监测,对试验过程中的声发射信号进行声发射振幅-振铃计数特性及功率谱峰值频率特性分析。结果表明,随着滑移速率的增加,声发射振幅-振铃计数拟合曲线变缓,在0～50 k Hz和100～150 k Hz频率范围内的声发射事件比重分别减小和增加。损伤过程的声发射特性对钢筋混凝土粘结滑移损伤演化规律的研究具有重要的价值。