复杂形状封闭薄壳内部存在散射体时的内部散射声场计算

基于覆盖域的思想和方法，本文给出了复杂形状封闭薄壳在内部存在散射体时的内部散射声场计算表达式．研究结果表明，该内部散射声场可表示为封闭薄壳的内部散射声场和这些散射体的外部散射声场之和的形式．最后用数值分析验证了该结论的正确性．     

黏弹阻尼对一维杆状声子晶体能带结构频移的影响

为了明确黏弹阻尼对声子晶体能带结构的影响,根据黏弹材料的标准线性固体模型,利用平面波展开法的迭代算法对一维黏弹材料声子晶体的能带结构进行了理论计算和对比分析。与弹性模量为常数的完全弹性材料相比,黏弹材料由于其复模量的频率相关性,储能模量和损耗模量对声子晶体的能带结构都有重要影响,特别是损耗模量对声子晶体能带结构的影响在阻尼峰值附近的频率范围不容忽视。位于此频率范围的能带被调向更高频而其他范围的能带基本不变,从而使能带下方带隙增宽而上方带隙变窄。损耗模量对能带结构的这一特定调节作用为黏弹性阻尼材料应用于声子晶体提供了一定的理论基础,也为获得宽频带隙提供了一种新的方法。     

声学脉冲序列及全透声机理研究

本文研究一维周期性层状结构中材料弹性模量时变因素作用下的声透射临界现象, 探究了这种声学脉冲序列及全透声现象的内在机理. 考虑弹性模量时变因素的影响, 通过求解波动方程, 运用分离变量法解得特征指数, 进而得到临界现象. 当调制幅值低于或等于临界值时, 周期性结构能够将入射波转化为一系列周期的毫秒级的反射脉冲序列; 尤其在调制幅值等于临界值时, 当周期性结构的层数达到16层时, 反射脉冲序列有完整的0和1 的波形; 当大于临界值时, 反射系数在50 ms内迅速衰减至0, 此时的结构相当于完全透声, 入射波可以无损地完全透过, 产生调制透声现象. 这些特殊的现象可为声波的动态控制、声脉冲序列的产生和声波的定向传播提供重要的理论依据, 在超声换能器及调制透声方面具有实际的工程应用前景.     

基于局域共振声子晶体结构的低频振动能量回收研究

通过对局域共振型声子晶体的带隙机理及其对能量的局域化作用的分析,提出了一种用于回收环境低频振动能量的新型局域共振结构,并结合有限元方法对此新型结构的振动特性和能量回收能力进行了分析和研究。根据结构的共振模态和“质量-弹簧”系统简化模型,改变结构的材料和几何尺寸可以使结构的前7阶共振频率降到50~250Hz的低频范围。在此基础上发展了一种低频宽带多核结构,在250Hz以下拥有几十甚至更多的共振频率,最低频率低至20Hz,进一步优化了结构的低频宽带共振特性。利用有限元软件对有限结构的频率响应和压电特性进行分析,证实了新型局域共振结构的对环境中低频振动能量的回收能力,并满足了环境振动能量回收的宽带要求。该结构可以应用于各种便携式设备、无线传感器和微机电等自供电系统中,从低频振动环境中的获取能量为自身供电。     

小波元方法在声子晶体周期结构中的应用

将双正交小波系统和谱元法的思想结合得到一般有界区域中的双正交小波元,将小波元的边界适应性推广到一阶微分的情形,通过匹配得到严格满足边界条件的小波基函数;基于小波元发展一种一维声子晶体能带计算方法.该方法利用声子晶体本身的结构特点,兼顾小波在数值分析中的优势和边界条件的满足,与周期小波法相比,具有更高的计算精度和计算效率.     

激光冲击强化技术的理论模型及参数优化研究

为了提高激光冲击强化的效果,研究了一维激光冲击强化理论模型及关键参数的优化方法。根据激光冲击强化技术的原理,建立了一维激光冲击强化理论模型,推导了激光束透射系数的解析表达式。利用Matlab软件得到了约束层的相对介电常数、约束层厚度、等离子体厚度,以及吸收涂层相对介电常数、吸收涂层厚度等关键参数对透射系数的影响曲线,并根据厚度对透射系数的影响曲线来确定约束层、等离子体层和吸收涂层的厚度。研究表明,通过透射系数的影响曲线对关键参数进行优化后,对铝合金板进行激光冲击强化处理,可使铝合金板表面变形深度增加3倍多,从而为激光冲击强化技术中关键参数的选取提供了理论指导。     

应用保角变换法的亚音速矩形湍流射流理论研究

为求解亚音速矩形湍流射流的速度场结构,采用复变函数中的保角变换法将圆形喷口平面转化为矩形喷口平面;进而将已有的关于轴对称喷口射流流场的相关理论拓展到矩形喷口射流研究中,避免了在数值模拟中引入辅助方程、离散化、设置边界条件来求解三维N-S方程。通过该方法得到了矩形喷口宽高比AR分别为2、4、8时对射流结构的定量影响;求出了喷口尺寸为1×5mm2、喷口马赫数Ma=0.3时,喷口对称中心的宽、窄对称面内的速度云图。结果表明:宽高比AR越大,射流核心段长度越长,轴向衰减越慢;喷口面积为10cm2、20cm2时,加大宽高比可以缩短核心段长度且可加快轴向速度衰减,在射流宽、窄对称面都存在射流核心区与衰减区。首次提出速度分布的"马鞍面"主要集中在射流核心段内。通过与现有实验研究结果对比发现:核心段长度误差最小达到30%;轴向速度分布与实验结果吻合度也很高,误差在5%以内。因此,本文理论研究的正确性得到验证。本文所得结论可为进一步研究亚音速矩形射流结构与矩形喷口参数优化设计提供参考。     

迷宫型声学超表面可调参数及其全相位调节

针对以往声学超表面研究的不足,提出一种亚波长迷宫型声学超表面结构;以迷宫型声学超表面物理特性的有效调控为目的,深入研究了各参数与声学超表面的关系,重点分析了声学超表面对反射相位的调节作用,实现了对声学超表面反射相位的人工调控。为了揭示声学超表面与各参数之间的内在联系,逐一分析了每个可调参数对声学超表面的吸声系数和反射相位的影响,结果表明:声学超表面盖板上小孔的直径、迷宫超表面原胞边长和迷宫槽宽对吸声系数和反射相位有决定性的影响,相对而言,迷宫棱宽和迷宫盖板的厚度对吸声系数和反射相位影响较小;盖板上的小孔直径越小,相应的共振频率就越低,吸声系数曲线向低频移动,而峰值保持不变,反射相位曲线也向低频移动,但相位轮廓保持不变;原胞边长越小,相应的共振频率就越高,吸声系数曲线向高频移动,且峰值增大,反射相位曲线也向高频移动,相位幅值基本不变但是跨度增大;迷宫槽宽越小,相应的共振频率就越低,吸声系数曲线向低频移动,且峰值变大,反射相位曲线也向低频移动,相位幅值不变但是跨度减小。设计了一种具有10个超表面原胞的迷宫组合结构(10个原胞除孔径外其他参数均相同),实现了从0到2π跨度上的相位调节,而且结构小巧紧凑,操作简单易行。这种结构可以进一步拓展成由多个超表面原胞构造的超薄二维阵列平面,从而实现声隐身。     

一类球函数加法公式在多球体散射中的应用

首先利用格林函数的双中心球坐标展开式得到了一类球函数加法公式。对于多球体声学系统,可应用该加法公式将空间声场相对于每一个球体中心展开,这样可以很方便地利用每个球体的边界条件来研究多球体系统的声学散射问题。研究了两球体系统在不同边界条件下的散射声场,每个球的散射声场可通过求解由双重级数和耦合的两个无穷方程组得到。最后引入了形函数的定义,计算了两球体系统在平面波入射下的形函数,从而通过与现有文献的数值对比验证了本文理论公式的正确性。