“电磁场与传输理论”中亥姆霍兹定理的类比教学法

亥姆霍兹定理是“电磁场与传输理论”中的一个重要定理,其数学表述抽象、物理意义深刻的特性使得学生在学习中普遍存在理解难度大的问题。我们通过优化教学方法,用类比教学法替代纯数学推导的传统教学方法,从电学谐振系统和力学的类比出发,可直观揭示亥姆霍兹定理所蕴含的数理意义。教学实践表明,通过类比教学法讲授亥姆霍兹定理具有很好的教学效果。

亥姆霍兹共振腔复合结构的吸声特性

针对由亥姆霍兹共振腔构成的声学结构,研究了在结构尺寸不变的约束下,有效提升吸声性能的方法。首先,基于声电类比,设计了单腔亥姆霍兹共振器;然后,对单腔进行非均匀分割,形成具有不同腔深的多个亥姆霍兹共振腔,构造多腔并联结构,并建立计算吸声系数的数学模型;接着,在多腔并联结构中添加多孔吸声材料,研究材料厚度对吸声性能的影响;最后,用微穿孔板替代多孔材料,构造亥姆霍兹共振腔微穿孔板复合结构,结合微穿孔板理论,研究结构的吸声性能。结果表明,通过对单腔进行非均匀分割,构造多腔并联结构,能显著提高吸声性能,但随着腔体个数的增加,低频截止频率有向高频偏移的趋势;在多腔并联结构底部添加多孔吸声材料,对吸声性能的提升效果十分有限;在多腔并联结构中布置微穿孔板,能显著拓宽有效吸声带宽,并提高整体吸声系数;结合多腔并联结构的设计和布置微穿孔板,能实现结构吸声性能的大幅提高,且随着并联腔数的增加,吸声性能提升效果更明显,吸声系数曲线更平滑。

多光谱法与分子模拟研究亥茅酚苷与人血清白蛋白的结合特性

本实验利用荧光光谱法、紫外光谱法及圆二色光谱法,结合分子对接和动力学模拟研究亥茅酚苷(SOG)与人血清白蛋白(HSA)相互作用。结果表明SOG静态猝灭人血清白蛋白固有荧光且伴随非辐射能量转移,同时通过疏水作用、氢键和静电力与HSA结合形成复合物,与HSA的主要结合位为IIA亚域。随着SOG与HSA反应地进行,HSA的二级结构α-螺旋含量减少,肽键伸展,疏水基团裸露,构象发生变化。分子对接及分子动力学模拟证明,SOG与HSA形成的复合物体系紧密稳定。

银额盆地赛尔亥那地区铀矿化特征及成因研究

银额盆地赛尔亥那地区发现的地表铀矿化带,前期认为是层间氧化铀成矿作用形成的砂岩型铀矿化,本次研究发现,赋矿岩石类型为含铀白云质磷质岩及含铀磷质粉砂岩。矿石中赋存大量的微晶磷灰石,呈微晶(粒径<1μm)集合体形式。全岩主微量分析显示U与P2O5、CaO呈较好的正相关,磷灰石微区原位(LAICP-MS)主微量分析结果显示U与P2O5、CaO、ΣREE等均呈较好的正相关,高倍扫描电镜下未发现铀矿物,认为铀是以类质同象形式赋存在磷灰石中。铀矿石岩性岩相特征、磷灰石微区原位微量元素组合特征及共伴生矿物成因等表明,富铀磷灰石是在沉积成岩过程中,微生物参与作用下形成的。因此,赛尔亥那地区铀矿找矿思路应兼顾潜水-层间氧化型及沉积成岩型。

声学超材料和亥姆霍兹共振结构的自供能传感器

随着物联网的发展,自供能声学传感器得到了广泛关注。然而,压电传感器的灵敏度等关键指标难以进一步提升。声学超材料能以传统材料无法实现的方式操控声波,为新型声学传感器的设计提供了新思路。本文设计了一种声学超材料和亥姆霍兹谐振结构的自供能声学传感器,并验证了具有缺陷的声学超材料能够聚焦声能;此外,亥姆霍兹谐振器能将聚焦在声学超材料缺陷处的能量进一步放大,传输比超过40 mV/Pa,能满足小型传感器的自供能需求。实验结果表明:与仅有局部缺陷的声学超材料传感器相比,基于亥姆霍兹谐振器的声学超材料传感器具有更高的灵敏度和信噪比。

内置亥姆霍兹谐振器阵列的蜂窝微穿孔吸声体设计及性能分析

蜂窝微穿孔结构广泛用于吸声降噪领域,因此必须有良好的宽频带吸声降噪的性能使用要求。为弥补单层微穿孔板结构低频吸声性能的不足,实现中低频宽带降噪,文章在传统的单层微穿孔板结构单元基础上引入了亥姆霍兹谐振器(Helmholtz Resonator,HR)阵列的支撑结构,并基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法对设计的吸声体结构进行吸声性能优化。通过数值分析、有限元仿真和实验测试验证了内置HR阵列的蜂窝微穿孔吸声体的宽频带吸声特性。分析结果表明,内置HR阵列的蜂窝微穿孔吸声体经过优化设计在中低频吸声性能良好,在200~400 Hz频率范围内吸声性能明显改善,在0~1000 Hz频率范围内超过65%吸声效率的带宽占比达到70%以上。

基于亥姆霍兹共振与空间盘绕的组合型隔音通风超结构的设计及优化

噪声污染问题在当今社会已日益严重。为了满足人们对居住环境既可隔音又能通风的需求,现提出一种新型可通风的隔音降噪声学超结构。该结构同时考虑了亥姆霍兹共振与空间盘绕两种隔声机理。通过实验和数值仿真计算,在保持25%高通风率的同时,最大声音传输损耗在峰值处可达20 dB。600~1000 Hz中低频率范围出现了宽带,传输损耗值为8~10 dB;在1000 Hz以上的频率范围出现了一个较为平缓的曲线,全都保持着12 dB以上的传输损耗。为了获得更好的隔音效果,详细讨论了各几何参数对声音传输损耗的影响。最后,通过遗传算法对该结构几何参数进行优化,实现了更佳的宽带低频隔音效果。该结构将在声学工程领域中表现出巨大的应用潜力。

一维亥姆霍兹线圈的磁场均匀性分析

为了在多维力传感器标定过程中实现均匀施力,采用一种新型的施力标定系统。该系统基于一维亥姆霍兹线圈进行设计,能够有效地提高施力的稳定性和准确性。一维亥姆霍兹线圈中心磁场的均匀性,对于系统稳定施力起到至关重要的作用。为获取均匀度较高的磁场和不同梯度的磁场强度,基于Ansys Maxwell软件,模拟了不同的电流大小、线圈半径和线圈匝数对亥姆霍兹线圈内磁场强度和均匀度的影响机理,进而降低磁块的施力波动,实现精准标定。研究结果表明,线圈匝数和电流大小的增加会显著提高中心磁场的强度,但降低了中心磁场的均匀性;增大线圈半径,会提高中心磁场的均匀性,同时降低中心磁场的强度;向一维亥姆霍兹线圈通入交流电,中心磁场时刻发生变化,因此均匀性很差,且随着交流电的频率增加,磁场强度也在增加。研究成果能够对一维亥姆霍兹线圈的使用和设计提供参考,进一步提高一维亥姆霍兹线圈在多维力传感器标准过程中的应用效果。

带延长颈亥姆霍兹共振器的宽带声衬设计与验证

针对大涵道比涡扇发动机低频风扇噪声的宽频降噪需求,开展可吸收低频宽带噪声的声衬结构研究,并加工样件进行声学性能验证。该声衬由不同尺寸的带延长颈亥姆霍兹共振器组成,通过耦合不同参数的共振器引入多个共振峰,实现共振频率的拓宽。首先,根据传递矩阵理论建立带有延长颈的亥姆霍兹共振器的表面声阻抗模型,在此基础上,建立不同共振器耦合后的非均匀声衬吸声性能预测模型。然后,以该模型为基础,将宽频噪声的平均吸声系数作为目标函数,利用粒子群算法对共振器的参数进行反演,寻找针对该频段噪声的共振器最优参数。最后,加工制作950Hz的传统声衬和800Hz~1kHz的宽带声衬样件,通过阻抗管试验对比两者的吸声性能。结果表明,宽带声衬的测试结果与预测结果在整体吸声趋势上保持一致,证实了预测模型的有效性和优化结果的准确性,比较吸声系数大于0.8的带宽,传统声衬为100Hz,宽带声衬为230Hz,宽带声衬的吸声频带拓宽113%。

基于亥姆霍兹共振测量容器容积的实验设计

该文通过空气柱的振动力学分析,提出了基于亥姆霍兹共振原理测量小型容器容积的方法;并通过智能手机硬件和Phyphox软件的结合,完成了整个实验设计。实验分为声速C的验证、空容器容积的测量、定量注水后容器容积的测量3个部分。理论计算结果和实验测量结果对比后表明,该方法可操作性强,操作流程较为简便,测量精度较高,具有一定的启发性和应用前景,找到了一种测量小型容器容积的方法,同时还可以作为学生开展自主探究性实验及创新训练的资源。

声-地震耦合探测中亥姆霍兹共振声通道的设计分析

在声波共振探雷作业中,音箱作为声激励装置需要保持长时间高功率的运作,这使其使用寿命大打折扣。利用亥姆霍兹共振原理,设计了一种应用于探雷声激励扬声器的声通道结构,建立了电磁-机械-声学三物理场耦合仿真模型,仿真和实验测试结果均证明,设计的声通道结构能在保证探雷实验声激励强度的前提下,减小扬声器47.5%的输入电压,或在同等10.1 V输入电压下提高5~6 dB的声压级,为后续声通道的优化设计提供理论支撑,为改进型探测系统开展声-地震耦合与探测实验、验证声通道在提高声-地震耦合效果方面的有效性提供了可行性。

青海省共和县恰卜恰镇索吉亥泥石流发育特征及应急防治措施

青海省海南藏族自治州共和县恰卜恰镇索吉亥泥石流沟每到汛期就会发生不同程度的灾情,且有加剧的趋势。文章通过多种手段对恰卜恰镇索吉亥村北侧泥石流沟进行工程地质测绘、现场原位测试、室内试验、数据计算等多种试验分析计算,由于索吉亥村北侧泥石流沟无泥石流防护工程,加之当地泥石流沟新构造运动以来,区内表现出整体抬升,使得第四系堆积物构成高阶地,在遭受后期水流等强烈侵蚀切割作用下和区内表层地质以单一结构黄土、双层结构的粉土、卵砾类土为主。在暴雨作用下,地形开阔呈“瓢”形,有利于地表降水汇集,沟口又没有固定的排导措施,是导致发生泥石流灾害的主要前提。文章针对该泥石流沟发育特征提出了在中上游沟道修建拦挡坝、拦截泥石流大颗粒固体物源,在下游沟口修建排导槽以减少泥石流对沟道的下切,稳定沟床,将过滤的雨水和细小的颗粒排导至安全区的预防措施,以期为相关灾害防治带来参考。

基于亥姆霍兹线圈装置的磁热疗优化方法

该文研究了两种常见亥姆霍兹线圈产生磁场的均匀性,并根据装置线圈所产生磁场作用下的生物组织治疗温度分布分析了磁场均匀性对治疗效果的影响。其中,文中的磁纳米粒子(MNPs)以磁流体形式注射进肿瘤区域并假定以注射点为中心呈现高斯分布。该文在多种约束条件下应用改进粒子群算法优化了磁场的频率和强度、磁纳米粒子粒径,以及磁纳米粒子体积分数等参数,而涉及的约束条件包括治疗最高安全温度、治疗磁场安全范围上限、MNPs粒径范围,以及MNPs产热有效条件等。同时,该文以累积等效分钟数来评估圆形和正方形亥姆霍兹线圈及理想磁场在不同血液灌注率下的细胞热损伤程度。研究结果表明,正方形亥姆霍兹线圈相比于圆形线圈能产生更大范围的匀强磁场,这使其磁热疗效果更接近于理想磁场情况。同时,考虑温度依赖的血液灌注率相比定值情况具有更高的治疗温度。

双侧亥姆霍兹声学超材料带隙特性

为了有效抑制低频噪声并拓宽低频带隙,设计了一种具有低频宽带的双侧亥姆霍兹声学超材料。通过有限元法对系统能带结构和传输谱进行计算;通过能带结构上各点振动模态对带隙形成机理进行分析;运用弹簧质量模型计算等效带隙频率,并探究了结构参数对带隙的影响。结果表明:通过改变结构参数可实现带隙超车现象,在亥姆霍兹谐振腔材料为钨,其壁厚和高度分别为1.0 mm、6.0 mm,包覆层半径为4.6 mm,基板厚度为1.0 mm时,模型的带隙起始频率为195.8 Hz。在此参数下,第一完全带隙宽度拓宽至758.1 Hz。所设计的双侧亥姆霍兹声学超材料能够为低频噪声控制提供参考。

基于方形亥姆霍兹线圈的磁场发生装置设计

为了解决现有磁塑性加工中磁感应强度偏小且磁场分布不均的问题,本文设计了一种磁感应强度大且分布均匀的磁塑性加工用磁场发生装置。首先依据方形亥姆霍兹线圈理论和软磁材料的性能,确定亥姆霍兹线圈结构参数及铁芯和磁轭材料;其次利用ANSYS有限元软件对磁场发生装置进行模拟仿真研究,得出磁轭厚度、工作气隙和磁极端面形状对磁感应强度大小和磁场分布均匀性的影响,通过对模拟结果的分析,确定磁轭厚度为17 mm、衔铁磁头为锥形,且倾角为45°,工作气隙为20 mm。最后,依据理论分析结果,制作了以工业纯铁为铁芯、以纯铜丝作为线圈绕线的三级方形亥姆霍兹线圈的磁场发生装置。当电流为10 A时,通过理论计算得出电磁铁线圈温升369℃,利用特斯拉计测得其中心磁感应强度大于1 T。实验结果证实了本文磁场发生装置设计思路的可行性,为金属磁塑性加工技术的工程应用奠定了设备基础。

《亥年新法》卷四考释

《俄藏黑水城文献》第九册公布《亥年新法》卷四编号有инв.№6092,инв.№5946和6549。《西夏的新法》一书公布的инв.№5584正好可以弥补6092号文献不清晰的缺憾,为我们拼配出较为完整的卷四。通过解读本卷内容,可知该文献写作时期正是夏金关系和睦阶段,即1224年至1227年间。如果亥年指的是《亥年新法》的颁布时间,即西夏灭亡的1227年,鉴于此可知此法并未如期颁布。

亥姆霍兹线圈原理分析及测量不确定度评定

以比奥-萨伐尔定律为基础,首先,计算了微电流矢量在空间任意点的磁场;然后,推算出单个圆形线圈产生的磁场;最后,推导出亥姆霍兹线圈在中间点的磁场表达式,建立起测量模型,用蒙特卡罗法进行了测量不确定度分析。详细地论述了计算公式与测量模型的关系,以及使用Matlab计算软件进行计算的流程和数据处理方案。使用蒙特卡罗法避免了不确定度评定中的非线性测量模型问题,并在不确定度分量估算时考虑了实际使用所带来的影响,从而增加了评定结果的可信性,具有一定的参考价值。

奇妙的“波浪云”——浅谈开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象

开尔文-亥姆霍兹不稳定性是两种流体作平行于水平界面的相对运动时的流动稳定性问题之一.文章从自然现象"波浪云"谈起,介绍了开尔文-亥姆霍兹不稳定性的理论定义、该不稳定性现象形成发展的过程及其流动可视化;并简单阐述了实验室和自然界中其他"类开尔文-亥姆霍兹不稳定"现象,重点介绍了梵高名画《星月夜》和笔者在从事沟槽壁面湍流场可视化实验中观察到的一种展向"类开尔文-亥姆霍兹涡棍"结构,指出它们的形成及发展演化是沟槽湍流减阻达到最优之后,减阻效应趋弱直至增阻的原因.

基于嵌入式粗糙颈亥姆霍兹共振器的低频宽带通风消声器

针对目前亥姆霍兹共振器的低频吸声效果不理想的问题,提出了一种粗糙颈管亥姆霍兹共振器吸声体,将粗糙度引入亥姆霍兹共振器的颈管,改变经典亥姆霍兹共振器颈管形状并构建粗糙颈管亥姆霍兹共振器吸声体结构,可以在不改变整体尺寸的前提下,有效地为吸声器提供低频吸声所需的声阻抗,从而降低共振频率.利用有限元法对结构进行了仿真并通过阻抗管吸声测试进行验证,实验与仿真具有较高的一致性.基于以上验证,颈管引入粗糙度后可以有效降低亥姆霍兹共振器吸收峰值频率,设计了8个吸声单元紧凑组合的粗糙颈管低频宽带通风消声器.相比于光滑颈管的消声器,吸声效果由500—1100 Hz频段内0.8以上的宽频吸声优化为400—1200 Hz频段内0.8以上的吸声效果,可为低频宽带通风消声器的设计与优化提供参考.

基于三维N型卷积神经网络和频域注意力-亥姆霍兹正则化的近场声源重建方法

[目的]针对全息面、低采样率条件下近场声源重建误差较大的问题,提出一种高分辨率、低误差的平面声源表面法向振速重建的深度神经网络框架。[方法]首先,建立用于近场声源重建问题的三维N型卷积神经网络框架(包含预编码器),通过提取空间声场频域内的特征,以弥补空间信息的稀疏性;然后,提出频域注意力机制,设计包含频域注意力–归一化重建均方误差、亥姆霍兹正则项的损失函数,以自适应增加频域内难训练样本的损失权重,从而提升声源在高频和本征特征区间的重建精度;最后,通过Matlab对COMSOL Multiphysics软件进行二次开发,建立矩形薄板声振模型的训练集和测试集,开展对比验证。[结果]对比结果表明,该方法在验证集上100~2000 Hz内的平均重建误差仅为4.96%,重建精度明显高于SRCNN和PV-NN。[结论]该研究成果可以降低近场声源重建实船应用中的全息面采样点数量,同时可保证较高的声源面法向振速重建精度。