散射体旋转诱导模态下拓扑声高性能波束成形机理

实现具有特定形式的无旁瓣高指向性声波波束的发射以及发射器件抵抗错误因素的能力过低一直是波束成形领域的棘手问题,通过旋转散射体在声学拓扑绝缘体的体边对应关系下提出了散射体旋转诱导模态下拓扑声学高性能波束成形机理。受到旋转散射体对模态耦合的调控,能够实现无旁瓣宽频段下对波束波峰宽度以及波束能量衰减速率的近场和远场调控。通过在此结构内部引入错误因素,发现此拓扑声学高性能波束成形器具有高容错特性,多个错误因素对波束成形的近场远场结果基本不产生影响,这在很大程度上降低了加工制造的难度,同时极大地提高了器件的使用寿命。分别对拓扑声学波束成形以及错误因素介入下波束成形进行了实验验证,实验测试结果实现了4100~4630 Hz宽频带下无旁瓣的宽波峰波束,并且在器件中部分散射体缺失的情况下充分验证了波束成形器的高容错性。该研究提出的全新波束成形方法可为声学通信、微纳制造、生物医学和其他微形及多功能声学设备的工程应用提供参考。

声学超材料在低频减振降噪中的应用评述

低频机械波在传播过程中穿透力强,难以衰减,特别是次声频段的机械波易与机体器官发生共振,对身体造成危害。为了实现对低频机械波的有效控制,解决现代工业生产和生活中普遍存在的噪声污染问题,结合最近十几年发展起来的声子晶体和声学超材料,系统地总结和论述通过声子晶体和声学超材料解决低频振动噪声问题的新方法。归纳和总结典型的低频振动噪声来源和对其进行控制方面存在的一些困难,介绍低频振动噪声的危害。重点概括基于声子晶体禁带特性实现低频振动噪声被动控制的相关研究工作,主要介绍通过亚波长尺寸特征的杆、薄板和薄膜类结构来实现低频振动和噪声衰减的具体方法和效果。在声学超材料的理论框架下,讨论薄膜类结构在低频振动噪声衰减中的应用及其优缺点。通过结合实际工程需要和最新研究动态,对这一领域存在的问题和后续发展趋势进行总结。研究对推动声子晶体和声学超材料在工程实践中的应用具有一定的引导意义。

螺旋局域共振单元声子晶体板结构的低频振动带隙特性研究

低频振动和噪声的控制问题是当今环境面临的重要挑战。基于声子晶体的局域共振机理,设计一种新型的螺旋局域共振单元声子晶体板结构,并结合数值计算和试验测试对结构的低频振动带隙特性进行分析和验证。分析发现,共振带隙的产生是由螺旋共振单元的局域共振模态与板中传播的弹性波相互耦合作用造成的,而且带隙宽度与耦合强度直接相关。通过改变结构的材料和尺寸参数可以将共振带隙调节到满足实际应用要求的低频范围。数值计算结果与试验测试结果基本一致,同时证实所设计的结构在250 Hz以下的低频范围具有较宽的振动带隙,最低带隙频率低至42 Hz。这种结构设计及其研究结果为声子晶体研究提供了获得低频振动带隙的理论依据和有效方法,在低频减振降噪方面具有潜在的应用前景。

旋转点声源空间声场的频域精确解

在任意运动点源声辐射频域解的基础上，推导了旋转点声源在空间任一点处的声压计算公式，该公式不需要附加条件，适合于任何近场或远场；由此讨论了简谐源作旋转运动时的声场方向性特征，研究了源频率及旋转频率等对声场声压的影响．研究表明：声场分布具有强的空间指向性；旋转频率的变化将伴随着多普勒效应的出现；源自身频率的变化将改变谐波范围．

任意形状封闭薄壳内部声场计算的一种新方法研究

采用覆盖域的概念，给出任意形状封闭薄壳的内部散射声场的统一表达式，并用互易原理可求解封闭薄壳在外力作用下的内部声场。本文所提出的这一方法适用面广，可以求出任意形状封闭薄壳（等厚度或不等厚度）的内部声场。实验验证证明了本文提出方法的可行性。

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．

双层弹性-非弹性封闭腔体的内部声场研究

从球坐标中声波波动方程出发 ,利用本征函数展开方法和界面边界条件 ,导出了双层弹性封闭球壳的内部散射声场表达式。对于单位源强度的点声源 ,本文计算了分别由弹性 /粘弹性和弹性 /吸声材料组成的双层封闭球壳的内部散射声压随频率的变化关系。计算结果表明 。

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。

主动控制在减振器中的机械实现

在不改变夏利车其它结构的基础上,本文应用半主动隔振原理,对其油液减振器的最主要部件——活塞件进行了改进,使阻尼器节流孔的大小随路面起伏而自动调整,产生随车架垂向速度变化的阻尼力.经试制验证,改进后的减振器的性能和寿命都得到了很大提高.

基于突变理论的多孔材料动态吸声特性定量研究

多孔金属材料具有高比强/刚度、耐腐蚀及高温高压、且吸声性能好等诸多优点,被广泛应用于机械、建筑、航空航天、高铁/地铁、国防等领域。然而多孔材料内在动态吸声机理及高温高声压条件下声传播规律等一系列基础理论问题尚未解决。由于多孔材料从表到里都具有大量互相贯通且混乱的孔隙,这种混乱性及体现出的"一定周期性"与湍流的不规则性及准周期性极为相似,作者曾提出湍流类比理论建立了多孔材料的高频声传播统计分析定量模型。为了进一步研究多孔材料的中低频吸声特性,借鉴突变理论解释不连续现象的数学方法,本报告提出了非平衡相变定量分析的突变理论方法,定量描述了从层流到湍流的整个非平衡相变过程,其中Kolmogorov湍流理论的"–5/3"次方律仅是一个极端特例。从而应用突变理论定量分析了多孔材料的动态吸声特性。本文研究旨在为多孔金属材料应用于工业减振降噪设计提供必要的理论指导,为工程应用提供一种有效的定量分析方法,可望在未来产生积极的社会和经济效益。

等离子喷涂镍基可磨耗封严涂层抗腐蚀及耐磨性能分析

采用高效能超音速等离子喷涂沉积Ni-C及Ni Cr Al-BN可磨耗封严涂层,对比研究两种涂层的抗冲蚀磨损、耐腐蚀及摩擦磨损性能。结果表明:两种涂层中的润滑相均匀分布在金属连续相之中,但与Ni-C涂层相比,Ni Cr Al-BN涂层中的润滑相尺寸较为细小,表面硬度较高。当冲蚀角度由30°增加到90°后,两种涂层冲蚀磨损失重量明显提高。Ni Cr Al-BN涂层的相对冲蚀速率约为Ni-C涂层的50%,表明Ni Cr Al-BN涂层具有较为优良的抗冲蚀性能。Ni-C涂层在稀盐酸中(1vol%)发生了明显的电化学腐蚀,在石墨片周围容易形成腐蚀产物;酸液会沿Ni Cr Al-BN涂层中的孔隙渗入,从而造成金属的局部腐蚀,但腐蚀程度明显较Ni-C轻。随着环境温度的升高,以BN为主的第二相润滑组元的塑性和流动性增强,使摩擦表面原本较小的、不连续的润滑型保护膜逐渐铺展开来,形成面积较大且呈连续分布的鳞片状自润滑保护膜。原来在较低温度下润滑膜中存在的裂纹、疏松或剥离等缺陷明显减少,导致Ni Cr Al-BN涂层摩擦系数大幅度降低,从而显示出优异的高温自润滑性能。

声子晶体结构在汽车制动降噪中的理论研究及应用

基于弹性波在声子晶体结构中传播时会产生弹性波带隙，即特定频率范围的弹性波被禁止传播这一特性，为降低高频的制动噪音，将声子晶体这一新结构引入到汽车盘式制动装置中。通过对汽车制动噪音频谱的分析，得到高频噪音比较集中的频段。通过设计专用的二维空气柱/钢体系正方格子声子晶体结构（体积占有率为40％），使高频噪声集中频段（2000-2500Hz）落于声子禁带中，以达到降噪的目的。与传统的制动降噪技术相比，利用声子晶体结构的降噪装置具有频带宽和降噪量大的优越性。通过实验装置验证了声子晶体降噪结构的可行性，在2000～2500Hz范围内，声压的降低幅值最大可达25dB，平均降噪量可达13dB以上，即对汽车刹车减噪起到了明显的效果。

声子晶体结构低频降噪机理研究及应用

低频噪声(20～400Hz)的降噪处理仍是工程界的难点问题.为了获得一种新的有效低频降噪方法,结合声子晶体中能带图和超结构中负等效质量密度的相关理论,提出了声子晶体结构低频准禁带(即声子晶体结构在低频范围内存在类似于完全带隙的特性,能够有效地衰减低频范围内的弹性波,但其衰减程度低于完全带隙)的概念.低频准禁带是声子晶体结构的一种低频特性,可以实现小尺寸结构降低低频噪声的目的.利用低频准禁带特性,对离心通风机降噪采用的丝网结构的空气占有率、丝网大小及丝网厚度对低频降噪效果的影响进行理论对比分析,所得的理论分析结果与丝网低频降噪实验结果相吻合.可见,低频准禁带为低频降噪的结构优化设计提供了新的方法和思路.

圆柱壳高频弯曲振动的能量有限元分析

为了利用能量有限元方法得到圆柱壳体任意一点的高频振动响应,根据薄壳理论和能量平衡关系,推导了圆柱壳弯曲振动能量密度的控制方程,并运用有限元方法对圆柱壳弯曲振动能量密度的控制方程进行了求解.计算了3种不同激励下圆柱壳的能量密度分布,并对能量有限元方法和统计能量方法的计算结果进行了比较.有限元方法的分析表明,使用能量有限元方法能够获得更详细的结构振动响应信息,而用统计能量法只能得到整个圆柱壳体的平均能量信息,推导得出的能量密度方程与梁的能量密度方程类似,只适用于计算圆柱壳高频轴对称弯曲的振动响应.

多孔金属材料高温吸声性能测试及研究

以多孔金属材料在高温环境下的吸声特性研究为背景,以不锈钢纤维烧结型多孔金属材料为主要研究对象,首先在理论上研究了计算多孔材料吸声特性随温度变化的特性,然后设计并研制了一种温度可控的高温阻抗管测量装置。通过实验测试,获得了具有不同声学参数的金属纤维板在不同环境温度下的吸声系数,研究了温度对其吸声性能的影响规律。理论结果与实验结果基本吻合,证明了理论分析以及实验装置设计的合理性。

基于湍流类比的金属橡胶吸声特性定量分析

金属橡胶材料从表到里都具有大量互相贯通且混乱的孔隙,经分析认为,这种混乱性及一定的周期性与湍流中的不规则性和准周期性极其相似.由于金属橡胶材料内部芯材结构的不规则性,即便此时的雷诺数很小,波在金属橡胶中的传播仍是以湍流流动为主.因此,引入Kolmogorov的关于湍流的局部各向同性概念,同时对Kolmogorov关于湍流局部各向同性的两个假设进行类比.从湍流物理模型出发,借鉴了湍流的统计处理方法,对金属橡胶材料的吸声特性进行定量分析,得到金属橡胶材料的能量耗散率与其结构参数之间的表达式.研究结果表明,湍流统计方法的引入,为基于金属橡胶材料的减振器、阻尼器、消声器等的优化设计提供了可靠的理论依据,也为超轻金属多孔材料的工程应用提供了一种有效的定量分析方法.

超声速等离子喷涂氧化锆粒子时的加热熔化特性分析

应用格林函数法求解超声速等离子喷涂(SAPS)过程中氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)粒子的加热熔化时间问题,得到了一个解析解;对SAPS过程中粒子熔化时间和熔化界面推移情况进行了数值模拟,所得结果与实验结果相符.熔化过程的模拟结果显示:粒子的初始温度对熔化速率有一定的影响,喷涂前预热粒子可以加快它的熔化;减小粒子半径可以缩短粒子的熔化时间,提高粒子的扁平化程度.在SAPS过程中,通过过筛控制粒子半径有助于获得结构精细、致密的典型细密柱晶组织.

Kirchhoff公式在电容器装置噪声水平预估中的应用

引入Kirchhoff公式,对于换流站中滤波电容器装置围栏外噪声水平进行预估,并将该方法的计算结果与单极子阵列声源计算方法的计算结果、肇庆实际测量结果进行了比较。结果表明,实测结果与Kirchhoff公式计算结果具有良好的一致性,进而验证了该方法的合理性和准确性。

高温高声压下多孔金属材料吸声特性研究

在多孔金属材料的湍流统计理论的基础之上,考虑温度高声压对多孔材料声学参数的影响,得到适用于高温高声压条件下多孔金属材料的分析模型.计算了不同温度和不同声压级条件下声压幅值与金属纤维直径、孔隙率等物理参数的关系.研究发现其他参数不变,在高温条件下,随温度升高多孔金属材料的声压幅值增大;在高声压条件下,随着声压的升高多孔金属材料的声压幅值增大.所得理论结果与已有的实验中的规律符合良好,为多孔金属材料在高温、高声压条件下的减振降噪设计提供了理论基础.

基于Kirchhoff公式电晕可听噪声预估模型的应用

研究基于Kirchhoff公式建立起的电晕可听噪声理论预估模型在实际中的适用性。线路自身参数及所处环境参数都对电晕可听噪声产生影响,根据已有模型,分析计算导线半径、导线架设高度、相间距、分裂子导线数目、海拔等因素的影响。结果表明,采用分裂导线和增大导线半径可以明显降低噪声,且增加分裂子导线数目有助于降低噪声,而提高导线架设高度、改变相间距或分裂圆半径不具有降噪效果,同时计算表明电晕可听噪声随海拔的升高而加剧。所得规律有助于指导输电线路的规划设计。