基于谱元法的Rayleigh波频散特征计算与模态叠加耦合机理研究

为了提升Rayleigh波勘探成层结构力学参数的精细化水平,基于谱元法,构建了弹性层状半无限结构的Rayleigh波频散方程。针对半无限土基和“上软下硬”这2种规则成层结构,运用谱元法与快速矢量传递法对比计算了Rayleigh波多阶模态的频散曲线。结果表明:谱元法与解析法计算结果之间的相对误差在0.05%以下,具有较高的计算精度。在此基础上,进一步针对“上硬下软”的典型路面结构、含“软夹层”和含“硬夹层”的复杂成层结构,结合谱元法,推导了表面位移的计算方法,通过分解Rayleigh波各模态相速度对表面位移能量的贡献,建立了一种基于谱元法确定复杂成层结构中Rayleigh波多模态叠加耦合机理的半解析方法,此方法确定的Rayleigh各阶模态叠加耦合频散特征与速度-应力有限差分方法仿真结果之间具有很好的吻合度,表明基于谱元法计算Rayleigh波频散曲线并以此揭示成层结构中Rayleigh波模态叠加耦合机理是合理、可行的。

岛屿岛礁海域海浪能谱模型研究进展

波浪能谱模型在岛屿岛礁海域的波浪预报研究和海洋工程中应用广泛,但存在模式计算格点无法充分体现岛屿岛礁的复杂地形特征和很难刻画波浪受到岛屿岛礁影响发生变形物理过程等两个关键问题。多重网格嵌套方案、岛屿次网格地形效应计算方案以及非结构网格、无网格、动态自适应四叉树网格等技术在体现岛屿岛礁复杂地形方面取得了较好的效果;将相位解析模型与波浪能谱模型优势互补是提高能谱模型对岛屿近岸波浪变形物理过程计算能力的一个有效方法。开展球坐标系下波作用密度谱方程的自适应四叉树网格求解方法研究,借鉴相位解析模型最新成果完善能谱模式的绕射、反射、底摩擦等物理过程,是提高岛屿岛礁海域海浪精细预报技术水平的前沿性、探索性研究方向。

小波变换中经验模态分解的基波检测及其在机械系统中的应用

针对Mallat算法中存在的频率混叠现象,提出一种应用小波变换和经验模态分解(Empirieal mode decomposition,EMD)检测基波的新方法。应用离散二进小波变换将谐波信号分解成不同频带的子带信号,并确定了最佳分解级数。对包含基频成分的子带信号进行单子带重构,再利用经验模态分解就能提取出基波,最后在时域上采用最小二乘法估计基频和幅值。多种方法的仿真比较和工程应用的效果表明,所提方法能有效地提取出基波,频率和幅值的测量具有很高的精度。

基于谱峭度与变分模态分解的转子微弱不对中故障诊断

针对噪声干扰下转子微弱不对中故障特征难以提取的问题,提出一种谱峭度与变分模态分解的转子故障诊断方法。该方法首先利用谱峭度(Spectral Kurtosis)滤除信号背景噪声以强化故障特征相关信号分量,然后通过变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)将转子振动信号分解为一系列本征模态分量并对各分量进行频谱分析,提取转子的故障特征。将该方法应用到转子不对中故障实验数据中,结果表明,该方法能有效提取出转子微弱不对中故障特征,并且结果要优于基于谱峭度与经验模态分解(EMD)方法的分析结果。

采用谱单元Galerkin法求解非线性模态

为进一步提高非线性振动系统在不变流形定义下的非线性模态的求解精度,采用一种基于谱单元的Galerkin求解方案。不同于已有的非线性模态Galerkin分片求解方法,该方案选取第二类Chebyshev多项式的零点构造单元的Lagrange插值函数,将其与谐波函数一起作为基函数对整个求解域进行Galerkin离散。在展开系数的迭代求解中,Jacobian矩阵的稀疏性因选取的谱单元阶数不同而不同。采用该方法与分片求解法分别计算一个非线性振动系统的非线性模态并进行比较。结果表明该方法在求解域较大时仍可获得较为准确的解。

鳍线阻抗不连续性的混合模散射特性

本文用混合模展开鳍线中的本征场,并应用谱域法确定主模和高次模的传播常数和谱域中的本征场,然后结合模匹配法分析鳍线阻抗不连续性的混合模散射特性。文中给出计算的单鳍前30个模,双鳍前20个模的传播常数和阻抗不连续性的主模散射参数,计算结果与文献发表的结果一致。有关数值收敛性问题亦在文中进行了讨论。

双模椭圆球面波多载波索引调制解调方法

该文在基于信号分组优化的椭圆球面波函数(PSWFs)多载波调制的基础上,引入双模索引调制思想,提出了双模PSWFs多载波索引调制解调方法(DM-MCM-PSWFs)。该方法利用未被激活的剩余部分子载波加载第2星座图产生的调制符号,以传输额外的信息比特,实现了基于信号分组优化的PSWFs多载波调制中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率以及误码性能。理论和仿真分析表明,相较于基于信号分组优化的PSWFs多载波调制,所提方法以适当牺牲系统复杂度为代价,具有更高的系统频带利用率和更优的系统误码性能,当误比特率为1×10^(–5),n=7,k=3时,所提方法系统频带利用率、误码性能可分别提升9.15%,2.4 dB。

有限振幅扰动下高超声速钝楔绕流感受性

为了研究自由流脉冲波作用下高超音速流动感受性特征,采用高阶有限差分方法模拟钝楔超高音速绕流中来流慢声脉冲波作用下的非定常流场,并应用傅里叶频谱分析了边界层扰动模态的演化.结果显示,自由流脉冲扰动下,边界层不同模态波沿流线呈现不同变化规律.球头区边界层感受到的主要是基频波,在球头向非球头区过渡段,主导模态迅速向高频迁移;在非球头区,主导模态频率缓慢向高频迁移.总的来说,沿流向总扰动模态中的低频模态成分变小,高频,特别是二阶谐频附近模态成分显著地增大.沿流线发展,边界层不同扰动模态之间存在伴随能量迁移的模态竞争物理现象,主导模态的发展对其他模态有很强的抑制作用.

光学异常透射研究进展

光学异常透射(extraordinary optical transmission,EOT)现象于1998年首次报道,表现为当光通过亚波长金属孔阵列时,得到的透射率在特定波长位置会比经典的小孔透射理论预言的数值高若干个数量级。该现象首次显示了金属亚波长结构中表面波引起的异常光学效应,是表面等离激元光学(plasmonics)进入活跃发展期的一个标志性事件。本文将从产生机理和相关器件应用两方面,对EOT的研究进展进行简要阐述。首先介绍EOT产生机理的宏观Bloch模式解释和微观表面波解释,以及这两种解释的最终统一;然后介绍EOT在传感、纳米偏光器、滤波、光开关和分子光谱增强等领域的应用;最后是对EOT相关研究的展望。

基于优化多重索引的椭圆球面波函数多载波索引调制解调方法

围绕如何提高椭圆球面波(PSWFs)多载波调制系统频带利用率,该文在双模PSWFs多载波索引调制解调方法的基础上,引入由额外星座点组成的第3星座图,提出基于优化多重索引的PSWFs多载波索引调制解调方法BIM-MCM-PSWFs。该方法通过对分组后每个子块中子载波的多重排列组合,拓展了信号索引维度,增加了调制符号组合数,实现了双模PSWFs多载波索引调制解调方法中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率。理论和仿真分析表明,该文所提方法相较于双模PSWFs多载波索引调制解调方法,以适当牺牲误码性能为代价,具有更高的系统频带利用率,当n=9,k=1,m=4时,以误比特率(BER)牺牲了0.70 dB为代价,系统频带利用率(SE)提升了20.1%。

大模场双包层光纤光栅的光谱特性

在分析大模场双包层光纤的模式特性和测试光路中光功率分配的基础上,根据耦合波理论和传输矩阵法,对不同情况下大模场双包层光纤光栅的透射谱和反射谱进行数值分析,结果表明光谱形状取决于模式间的功率分配,通过基模的透射谱可以测量双包层光纤光栅的真实反射率。采用相位掩模法制作了基模反射率不低于99.7%的20/400μm大模场双包层光纤光栅,测试了不同情况下的反射谱和透射谱,实验结果和理论分析的结论一致。

基于相模变换和频谱分析的电网行波故障定位算法研究

提出了一种基于相模变换和频谱分析的电网行波故障定位算法,该方法将故障定位装置布点问题,利用相模变换转化为整数规划问题予以求解。仿真结果表明该算法不受故障电阻、故障初始角以及负荷变化因素影响,整体费用小、可靠性、准确性较高的优点。

高超声速流场对自由流扰动波响应及边界层扰动波演化

采用高阶精度有限差分方法直接数值模拟了来流慢声波作用下的钝锥高超声速绕流瞬态流场,分析了自由流扰动波与流场的相互干扰,并应用Fourier频谱分析了边界层扰动波时域和空域演化.结果显示:弓形激波出现连续的"∽"变形,初始扰动被显著放大,边界层内外扰动模态存在明显差别.从空域(沿流线)演化来看,在球头附近低频扰动为主导模态,出了球头区,总扰动模态中的低频和高频成分比例迅速转变,高频模态成分显著地增大.至流场下游,大部分低频分量衰减,或者不再增长,边界层内仅存在特殊频率的不稳定波快速增长.从时域演化来看,比起其他模态,主导模态的发展对上游激励的依赖更大.无论时域还是空域演化,都存在模态竞争现象.

TOFD检测近表面盲区抑制方法研究

针对超声衍射时差法存在近表面检测盲区问题,在简述参数优化法、变型波法、频谱分析法以及自回归谱外推法的盲区抑制原理的基础上,分别给出了每种方法的算例,探讨了不同方法的特点及适用性,为TOFD实际检测中近表面盲区抑制提供借鉴和参考。

多纵模光抽运重水亚毫米波激光的频谱特性

采用半经典密度矩阵理论计算了单纵模(SLM)和多纵模(MLM)脉冲光抽运重水(D_2O)分子亚毫米波(SMMW)激光三能级系统的抽运信号的吸收系数和亚毫米波激光信号的增益系数,利用迭代法数值计算了亚毫米波激光信号的频谱特性和输出光强,对频谱精细结构和激光过程的规律进行了深入的研究和比较。研究结果表明,在超辐射情况下,多纵模光抽运D_2O与单纵模光抽运相比,前者的亚毫米波激光谱线较宽;在腔式的情况下,单纵模和多纵模光抽运D_2O的亚毫米波激光谱线都进一步展宽,在频谱曲线上均呈现与多纵模结构对应的多个尖峰。