非近轴近似多高斯声束模型的相控阵换能器声场计算

针对近轴近似的多高斯声束模型无法准确计算离轴区域声场的问题,我们提出了一个矩形源的非近轴近似多高斯声束模型,用于计算偏转聚焦时线性相控阵换能器辐射的声场。利用该方法计算了由矩形阵元组成的相控线阵的辐射声场,并与瑞利积分、近轴近似方法及夫琅和费近似方法进行了分析和对比,计算结果表明该方法克服了常规近轴近似条件的限制,可以准确、快速地计算较大偏转范围内的换能器辐射声场,在计算相控阵换能器偏转聚焦声场中具有独特的优势。

井孔声场计算中的黎曼叶选择

针对耗散介质地层模型和双相介质地层模型，给出频率-波数域井孔声场函数Φ1(r,ω，k）在k实轴上满足辐射条件的单值定义，确定在积分围道上和围道内Φ1(r，ω,k)所在的黎曼叶．同时，澄清了首波分析中的一些概念．

一种基于双引导声源和warping变换的拷贝声场计算方法

提出了在均匀浅海环境中只知道少量环境参数的情况下，利用不同距离上的两枚引导声源和warping变换的拷贝声场计算方法。这种方法主要基于简正波估计技术，从声场衰减信息和相位信息两个方向来重构拷贝声场，从而与目标声场匹配进行定位。其优点在于能避免传统的匹配场定位技术中拷贝场计算时对环境模型和环境参数的依赖。在简正波估计技术中采用warping变换的处理方式，数值仿真主要采用线性Bartlett匹配处理器分析了目标定位效果，在信噪比高于10-15dB的情况下，定位效果良好。

基于高斯声束模型的快速声场计算方法

基于高斯声束模型提出了一种快速声场计算方法,该方法在BELLHOP声场计算模型基础上增加声速剖面均匀网格插值、过层边界快速处理等步骤,实现高斯声束轨迹方程和伴随方程迭代求解,进而得到声线轨迹与传播损失等。该方法具有实时性强、算法稳健等特点,可解决鱼雷自导性能实时预估及鱼雷攻击方案制订中对声场进行实时、准确预估的难题。仿真试验验证了其正确性与有效性。

子结构FMBEM在消声器声场计算中的迭代收敛

子结构快速多极子边界元法融合了快速多极子算法、边界元法与子结构技术,使复杂结构声学问题的高效准确计算成为可能。然而对于不同的求解模型,其迭代收敛速度不稳定甚至不能收敛,直接影响了其在工程实际问题中的广泛应用。鉴于此,文章对子结构快速多极子边界元法,按照不同的矩阵构建及预处理方案分析其迭代收敛特性及影响因素。研究发现,除了采取恰当的矩阵预条件处理技术之外,未知量列向量的构建次序及边界节点编号顺序对迭代收敛速度有着重要影响;单步迭代时间随着计算频率的增大而呈指数增长。此外,以内插管型消声器传递损失的计算为例,通过与实验值的比较证实该方法的准确性与有效性。

基于声场计算的管道曲率对焊缝二次波检测的影响

超声检测小径管焊缝时的缺陷定量与内壁曲率的关系鲜有研究。基于声场计算模型,研究了斜探头发射声束经不同曲率的小径管内壁反射后的散射声场,并以此计算出焊缝中点状、条状和球状三种不同反射体的回波信号。与DL-1试块DAC曲线作对比,得出了小径管内壁曲率对焊缝二次波检测的影响规律,为小径管二次波或多次波反射法检测评定缺陷的大小提供了理论依据。

离心式通风机蜗壳中的声场计算

本文发展了用分离变量法求解离心通风机蜗壳中非定常流动的方法，给出了基本方程。得出了可应用于风机蜗壳声学优化设计的一些结论。

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.

基于高阶交错网格有限差分法的海洋声场计算

为更好地认识和解释海洋声场的传播规律,基于数值计算的方法对声场的传播过程进行了模拟,给出了二维理想流体介质中的一阶声波方程,推导出相应的高阶交错网格有限差分格式,以及海水自由界面和完全匹配层吸收边界条件(PML)公式,并采用通量校正传输方法(FCT)压制数值色散。通过对海洋声场计算,验证了所采用的自由界面条件、吸收边界条件、FCT,以及声场模拟的正确性。

典型海底条件下抛物方程声场计算方法的缩比实验验证

为验证抛物方程近似方法在声场计算中的正确性,进行了模拟弹性海底的声传播测量实验.实验中利用质地均匀的聚氯乙烯(PVC)板模拟弹性海底,在消声水池中分别测量了水平和倾斜时海底下的声传播损失.理论研究中,应用抛物方程方法及在其基础上发展的坐标映射抛物方程方法仿真计算了2种实验环境下的声传播损失曲线.实验结果表明,仿真计算结果与实测结果吻合较好,充分验证了所研究计算方法的正确性.

正交曲线坐标系在变化地形声场计算中的应用

变化地形声场计算是越来越经常碰到的情况。变化地形往往给声场计算带来计算量增大、求解精度下降的问题。坐标系选择是声场计算中非常重要的问题,该文研究基于地形的合适正交曲线坐标系选取规则。在此坐标系中求解Helmholtz方程,能够极大简化求解过程,提高计算精度。结合简正波理论,从新的角度展示了正交曲线坐标系在某些典型变化地形线源声场计算问题中的应用。对于几种典型的海洋声波导问题,可以利用合适的曲线坐标系简化问题,给出更直观的物理图像。

油浸式变压器模态与辐射声场计算分析

油浸式配电变压器由于表面布有大量散热片,使得油箱辐射声场计算与结构优化分析变得困难,因此文中确定了一种考虑散热片的油箱结构模态分析以及声场计算方法。通过引入惯性矩参数对散热片结构进行等效简化建模,将简化模型得到的模态分析结果作为参考依据,从完整变压器模型模态计算结果中筛选出变压器的真正模态振型与固有频率;此外通过分析线性插值与模态扩展两种方法对声场计算结果的影响,确定了更为可靠的声场计算方法。结果表明,采用惯性矩等效的简化模型在前三阶主要模态结果与完整结构模型结果十分接近,具有很好的参考性,可直接用于结构优化分析;此外采用线性插值法计算的声场与实测结果更为接近,可用于变压器声场计算。研究结果可为配电变压器油箱结构优化设计提供支撑。

二维浅海波导中声场边界处理的谱无限元方法

针对传统无限元法在截断声场边界上计算精度低的问题,提出了一种基于GR (Gauss-Radau)插值的谱无限元法,以高精度处理无限远边界对声场计算的影响。首先,采用映射函数构建从自然坐标系到笛卡尔坐标系的节点转换函数,获得两种坐标系之间的映射雅克比矩阵;然后,利用基于GR插值的形函数,模拟单元节点的声压,结合映射雅克比矩阵,对二维声场波动方程进行变分处理,推导了无限单元对应的积分表达式,用于模拟实际浅海波导环境下无限远处的声传播。与基于镜像法的解析解和传统无限元法结果的对比表明:所提方法结果与解析解一致性高,相对误差约为1%,验证了该方法的有效性和准确性。

小尺度封闭空间无网格Galerkin声场数值计算方法

文章将无网格法引入小尺度封闭空间声场的计算。首先推导了适用于任意形状小尺度封闭空间的无网格Galerkin声场数值计算模型。在模型中,利用Galerkin型加权残量法推导了计算节点声压的系统方程,根据移动最小二乘近似法构造了无网格形函数,并给出了积分运算方案;然后对一个矩形封闭空间的声传递函数及混响时间进行了计算,通过与理论计算结果、SYSNOISE计算结果及其文献实验结果对比,证明了模型的正确性;最后对一个实际机舱进行了建模计算,并与测量结果进行了比较,证明了模型对较复杂结构的正确性及适用性。

基于波叠加原理的辐射声场的计算研究

描述了用波叠加原理来计算任意形状的辐射体的辐射声场的方法 ,即用叠加来代替 K irch-hoff- Helm holtz积分的方法 .给定辐射体表面的振动速度就可求解辐射源的强度 ,进而求解辐射体表面的声压和辐射的声功率 .文中对刚性球面上振动活塞源和脉动球源的辐射问题进行了求解 ,并将之与分析 (解析 )解进行了对比 ,结果表明用该方法进行计算时 ,可以用简单的数字方法产生矩阵元素 ,从而提高计算速度 ,结果的精度高 ,并能克服边界元法声场计算内在的奇异性问题 .

消声水池声场的仿真计算

消声水池的声场计算对消声水池尺寸的确定和所敷设的吸声材料参数的选择十分重要。利用虚源方法建立了消声水池声场计算的声场模型,该模型考虑了二次反射、吸声系数随入射角变化、有指向性声源等多种情况。利用声场模型对水池的声场进行了计算,分别考虑了点声源、吸声系数随入射角变化、二次反射和指向性声源等情况。通过对不同条件下消声水池声场的计算仿真,分析了不同因素对水池自由场的影响,得到了具有一定应用价值的结论。

瞬态波位移场计算方法在相控阵声场模拟中的实验验证

通过实验研究了声束偏转不同角度和声场半径变化时线性相控阵的声场特性,并与基于瞬态波位移解析解的相控阵声场计算方法得到的理论结果进行了对比。首先研究了基于半圆圆弧离面瞬态位移的声场计算方法,并进行了数值计算可靠性的优化。然后建立了一套相控阵瞬态波位移场的测量系统,以半圆形钢板为试件,纵波传感器为接收传感器,测量了偏转角度为-10°,-30°,-50°,-70°,及声场半径为50 mm,75 mm,100 mm和125 mm时线性超声相控阵的声束指向性;同时以基于瞬态波位移解析解的相控阵声场计算方法,计算了相同条件下该相控阵的声束指向性。最后将实验结果与理论结果进行了对比,取得了较好的一致。说明基于瞬态波位移的相控阵声场计算方法可以较好地计算线阵的声场,对于声束偏转较大角度和声场半径变化时也同样有效。

无网格法及其在声场数值计算中的应用

无网格法是一种新兴的数值计算方法,具有独特的性质。简述了无网格法的理论基础及其所具有的优势,详细介绍了几种常用的无网格算法,并以移动最小二乘近似法为重点,对无网格法中的形函数构造作了详细论述。最后,分析了无网格法在小尺度封闭空间声场数值计算中的应用。

声场波数积分截断波数自适应选取方法

在采用波数积分法进行声场计算的过程中,需要选取合适的积分截断波数,文章提出一种应用于流体介质中宽带声场波数积分计算的截断波数自适应选取方法。首先根据波数域格林函数的衰减特性构造一个数学模型,然后利用卡尔曼滤波器对该数学模型的拟合参数进行跟踪和预测,最后根据预测的模型参数计算截断波数。仿真试验结果表明,该方法实现了给定精确度下的积分截断波数自适应选取,能够克服现有方法不能兼顾低频段精确度和高频段计算量的问题,并且不会引入太多额外的计算量。

油管泄漏的声场特性计算与分析

超声检测是目前采气井管道泄漏检测中比较常用的一种方法。为了提高泄漏检测的准确性,以天然气井油套管为研究对象,建立了管道泄漏的仿真模型,对油管泄漏时的声源特性及声场分布进行了仿真计算,并探究了油管内外压差对声源及声场的影响。结果表明:油管泄漏时的气体流速较大,泄漏声源以四极子声源为主;声源域的声压级在20~60 kHz范围内存在峰值,整体上随频率的增大震荡减小;管内外压差只影响声源的强度,而对声源的特性基本无影响;沿管道轴向,越接近泄漏孔正下方,声压级的峰值越大;沿管道径向,越接近于泄漏孔,声压级的峰值越大。