群振动气泡的非线性声响应及空化分析

在多泡系统中考虑了气泡间次级声辐射和群振动引起的边界振动,进而得到群振动气泡动力学方程。通过逐级近似法对群振动气泡动力学方程进行了非线性分析,得到了二分频和三分频分振动幅值随频率和基频振动幅值变化关系。并基于分频振动产生条件进行了数值分析,发现稳态空化阈值相对较低,且三分频振动只存在于大于三倍气泡共振频率的区间内。利用空化气泡崩溃辐射声强表征空化强度,分析了群振动气泡相关的惯性空化特征,数值分析结果表明:对初始半径相同的气泡,惯性空化气泡能量转换能力要高3个数量级以上,气泡初始半径在3~10μm区域声响应和能量转换能力较强;低频区声波作用下空化气泡的惯性空化阈值约为1 atm(1 atm=101325 Pa);对空化气泡分布区内的气泡,初始半径越大,惯性空化阈值越低。在一定的声作用环境下,调控驱动声波频率和强度可实现空化区域内空化强度的有效调控。

密闭容器内低阻抗液体侧壁式超声液位测量

超声侧向贴壁式液位测量一般是基于声脉冲对液体在有和无的状态下,界面反射回波信号的差异来判断液面位置的,常采用的实施方法是纵波垂直入射技术。但当容器内为低阻抗液体时,固/液、固/气两种界面反射回波信号值的差异很小,界面识别判定困难。基于界面声波理论,提出一种小角度斜入射技术以增强声波在两种界面反射系数间的差异,提高液位检测灵敏度。使用该技术,对多种容器与多种液体组合界面进行了计算与试验,结果表明,最佳入射角与界面性质相关;在最佳入射角条件下,有、无液体状态下界面反射系数差异为垂直入射时的数倍,大大提高了声波对界面的识别能力;此时,采用面积正方形法进行液位测量,精度在零点几个厘米。

基于超声全聚焦成像的输气管线焊接缺陷高度测量技术

介绍了一种通过全聚焦图像评价焊缝内部缺陷高度的超声阵列方法。利用超声相控阵全矩阵捕获数据的时域信息对缺陷进行重构,通过对所获缺陷图像的归一化、背景噪声消除等处理,并按照实际板厚对图像进行标定后,直接利用缺陷图像进行缺陷自身高度测量,并将其结果与手工超声、超声衍射时差法及阵列扇扫结果进行对比。结果表明,缺陷全聚焦成像具有较高的成像质量和横向分辨率,缺陷高度定量精度也较基于相位控制的常规阵列超声技术高。

导电流体中气泡径向振动行为的磁场控制

液态金属中气泡行为是磁流体力学的重要方面。为对磁场条件下导电流体中气泡动力学行为作全面理解,基于磁流体动力学方法建立了磁场条件下导电流体中气泡径向振动的无量纲化动力学方程,数值研究了磁场对导电流体中气泡径向非线性振动稳定性、泡内温度、泡内气压及液体空化阈值的影响。结果显示：磁场增强了气泡非线性振动的稳定性,随着磁场增强且当作用在泡上的电磁力与惯性力数量级可比时,气泡运动为稳定的周期性振动;同时,磁场引起泡内温度、泡内压力及液体空化阈值变化。研究表明,可用磁场调节和控制液态金属中气泡的运动使其满足工程应用需求。

B型套筒搭接角焊缝的兰姆波散射分析

研究了兰姆波在油气管道与B型套筒的搭接角焊缝位置的散射问题,建立了一个基于模式展开法的分析模型来计算特定频率范围内的散射系数,并由时域有限元模拟结合二维傅里叶变换方法验证了理论计算的准确性。结果表明,随着套筒尺寸或者角焊缝形状的变化,在频厚积为2 200~2 600 kHz·mm时,a0模式总是能找到合适的频厚积以大于80%的能量通量进入套筒下方管道;s0模式在频厚积小于1 600 kHz·mm时入射,能在套筒下方母材内获得最多37%~89%的能量通量。

B型套筒角焊缝的多模式全聚焦检测

常规超声相控阵技术对B型套筒角焊缝内的条形刻槽缺陷往往仅能显示尖端衍射,难以完整表征缺陷形态。本研究采用多模式全聚焦方法,对B型套筒角焊缝竖直熔合线区域的刻槽进行检测成像,并与扇扫图像进行对比。结果表明,多模式全聚焦及图像融合法能够完整展现角焊缝竖直熔合线区域的刻槽缺陷特性及走向,是B型套筒角焊缝缺陷检测更为理想的手段。

Potential wells for classical acoustic waves

The acceleration theorem of Bloch waves is utilized to construct random potential wells for classical acoustic waves in systems composed of alternating‘cavities’and‘couplers’.One prominent advantage of this method is these‘cavities’and‘couplers’are all monolayer structures.It allows forming more compact classical potential wells,which leads to the miniaturization of acoustic devices.We systematically investigate properties of harmonic,tangent,hyperbolic function,and square classical potential wells in quasi-periodic superlattices.Results show these classical potential wells are analogues of quantum potential wells.Thus some technologies and concepts in quantum potential well fields may be generalized to classical acoustic wave fields.In addition,some abnormal cases regarding forming classical potential wells are also found.