超声脉冲波近场特性及回波声压分布研究

依据声压分析结果及关键点的试块测试数据进行插值处理来确定被测件近场区内的缺陷当量,解决了近场区内无法准确确定缺陷当量和试块法检测成本高、试块数不多且埋深非恰到好处两大难题。

体外冲击波碎石焦点区域声压分布的数字仿真研究

1980年,德国道尼尔(Dornier)公司研制了第一台体外冲击波碎石机,并应用于临床治疗。现在,体外冲击波碎石疗法(extracoipeal wave lithotripsy,ESWL)已成为治疗泌尿系统结石的首选方法。ESWL装置是根据人体的软组织与水体的声学特性相近而研究开发出来的一种破碎人体结石的设备,但是实际上人体软组织与水的声学参数不同,如声波传播速度、吸收系数、非线性特性系数等都不同。同时,不同的患者又具有不同的体质,实际在ESWL治疗中人体内形成的焦点区域大小、位置、声压大小及其分布各有差异。

气流式雾化火焰声压分布特性试验研究

研究气流式雾化火焰声压分布特性,建立火焰长度与声压分布之间的关系,分析不同火焰长度对火焰噪声辐射特性的影响。结果表明:火焰噪声声压场可根据火焰长度L划分为三个区域:近场区、衰减区和远场区;近场区声压值最大,为气流式雾化火焰噪声的产生区域,燃烧噪声为主要噪声源;衰减区为噪声的最佳采样区域,可测得噪声的总声压值;远场区声压变化幅度很小,可近似等于远场声压;随着火焰长度的增加,火焰噪声的指向性越明显,辐射强度越大。

热噪声试验中平板温度边界层对近壁面声压分布影响数值分析

为了研究高温平板隔热试件附近温度边界层对近壁面声场的影响,进而对地面模拟试验条件进行适当修正,文章首先构建了热噪声试验中声波穿过温度边界层的简化模型,运用边界层积分法得出常温气体掠过高温壁面时温度边界层内的温度分布;在此基础上,采用有限差分法求解平面波入射非均匀介质时的散射问题,得出高温平板近壁面声压分布。结果表明,温度边界层使近壁面声场发生衰减,在入射声波频率为10 000 Hz时比无温度边界层情况下声压级减小约3 dB,使实际声谱偏离试验条件。

耳道入口处声压分布模态作为听觉方向感知隐性线索的实验分析

通过分析双耳录音与真实听音之间的差别,推断存在影响听觉方向感知的隐性线索,而由头部及外耳结构引起的耳道入口处截面声压分布模态可能是其中一种。首先,通过听音实验利用反证法证明听觉方向感知隐性线索确实存在,并归纳总结出隐性线索的有效作用频段;然后,利用有限元仿真方法计算耳道入口处的声压分布,仿真结果表明耳道入口处声压分布是不均匀的,且分布模态与声源方向有关,从数值仿真的角度验证了耳道入口处截面的声压分布模态携带了声源方向信息,可以作为一种隐性定位线索;仿真计算所得前、后声源方向耳道入口处声压分布模态差异显著的频段与听音实验所得的隐性线索有效频段基本相符,在一定程度上支持耳道入口处声压分布模态是一种方向感知隐性线索的推测。

双超声波换能器分布方式对反应器内声场影响的数值模拟

【目的】探究不同条件下超声波反应器内的声压分布情况,从而确定出空化强度最高的换能器分布方式,使得超声波反应器更高效。【方法】采用压力声学频域物理场,基于亥姆霍兹方程,对相同体积的超声波反应器的声场进行了数值模拟;考察了双换能器在不同分布方式下,反应器内的声压分布情况,并对比了不同条件下的平均声压值和空化占比。【结果】1)当双换能器位于同一安装面的情况下,双换能器位于底表面时,声压分布最稳定,空化占比最高,达到了24.74%。2)当双换能器位于不同安装面的情况下,双换能器位于前表面和底表面时,声压幅值最大,为2.9×10^(5) Pa;平均声压也达到了最大值,为5.27×10^(4) Pa;反应器内的空化占比达到了19.34%,是5种异面分布方式中的最大值。【结论】换能器的分布方式对超声波反应器内的空化强度具有重要影响,通过数值模拟分析方法可对不同的换能器分布进行最优化分析,从而确定出最佳的换能器分布方式。

圆柱形反应器声场分布研究

采用定点测量声压的方法,在圆柱形反应器中,将水听器在不同功率设置下间隔一定距离测量声压.结果表明,在圆柱形声场中,声压随功率增加非线性增加,且声压分布呈现一定规律,即x、y轴声压为对称分布,声波沿z轴方向衰减.从而得到了圆柱形反应器的声场分布特性,界定空化发生的较强区域.

压电MEMS超声换能器阵列声场研究

研究了一种基于微电子和微机械加工技术的六边形压电超声换能器阵列。依据活塞声源辐射声场特性,采用瑞利积分法计算了方形膜声压及指向性函数;运用惠更斯原理,仿真模拟了阵列远场声压分布。理论分析了阵元边长、阵元中心间距和阵元数目等结构参数对阵列波束宽度、方向锐度角和旁瓣级的影响。结果表明,该阵列模型不仅能完全消除栅瓣,有效抑制旁瓣,减小主瓣宽度,且在低频(约10kHz量级)范围有很高的指向性。通过优化阵列参数,可获得最佳的声压分布,进而为阵列设计和声场分析提供理论参考。

高速列车作用下箱梁桥箱内振动噪声分布研究

为解决高速铁路线上箱梁桥日常检查与列车运营之间的冲突,探讨列车正常运行时箱梁内部噪声对日常检查工作造成的影响,桥梁结构振动辐射低频噪声会对检测人员造成极大危害,研究箱梁内部噪声分布有着重要的现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以78 m变截面混凝土箱梁桥作为实体模型,得出箱内瞬态噪声声场特性。分析结果表明,在车桥耦合振动所产生的箱内声辐射噪声分析中,变截面处声压值增大,且列车交汇产生的声压值大于单向行车产生的声压值。当箱内添加吸声材料后,可降低噪声水平,保障检测人员身体健康。

单侧声带振动的远场声压研究

根据单侧声带的生理结构和振动特性,提出单侧声带振动模型。运用声学基本理论,采用瑞利积分,计算了此单侧声带模型振动的远场声压分布,仿真数值计算了声压分布规律,并与正常声带模型辐射声场的声压进行比较。结果表明,在音频范围内,在声带空隙宽度相同的条件下,声压比值几乎不随方向角的改变而改变。而在方向角相同情况下,声压比值随着孔隙的增加呈线性下降。

结构声场耦合系统声压激励频率响应有限元分析

在声压激励下对双声腔结构声场耦合系统的频率响应进行了分析,研究了通过弹性隔离膜相互耦合的声腔,在具有峰值声压时的声压分布以及无激励源声腔声压与频率的关系。最后,对两个声腔的声压分布关系进行了研究。

特高压GIS局部放电超声波传播特性仿真

超声波法是一种非破坏性的电力设备局部放电检测方法,运用数值计算方法可以有效地分析超声波的声场特性。为明确特高压GIS局部放电超声波信号的传播特性,采用有限元计算方法仿真研究了特高压GIS不同位置发生局部放电时超声波信号的传播特性。按照某1 100 k V特高压GIS实际尺寸,建立了特高压GIS三维仿真模型,设置单极子声源分别位于GIS中心导体和盆式绝缘子处,布置多个超声波传感器位于GIS外壳不同位置用于接收局部放电产生的超声波信号。仿真得到了GIS壁面上接收的来自不同位置单极子声源产生的超声波声压分布图,以及传感器上超声波信号的时频域特性。分析了超声波信号不同传播路径之间的博弈过程,通过对比不同传感器接收到的超声波信号的先后顺序确定了单极子声源在不同位置时超声波信号的传播路径。仿真结果表明,当单极子声源位于中心导体远离盆式绝缘子时,超声波率先到达距离单极子声源直线距离最近的GIS外壳,然后向两侧传播;当单极子声源位于中心导体靠近盆式绝缘子或者单极子声源位于盆式绝缘子时,超声波将沿着盆式绝缘子传播至GIS外壳,然后向两侧传播。传感器接收到的超声波频谱主要集中在30~40 k Hz,在更高的频率范围内(60~80 k Hz),超声波信号迅速衰减。随着传感器到局放源距离的增加,超声波信号近似以指数规律衰减,在经过盆式绝缘子时,衰减更为严重。

飞机机体表面声压及舱内降噪优化设计

该文以某型客机为研究对象,从飞行试验数据分析和声学建模两方面研究机体表面声压分布及其对舱内壁板近场辐射声压的影响。首先根据试飞数据分析了机体表面声压分布,然后利用统计能量法建立飞机客舱中后段的声学模型,以试飞数据作为声源输入,研究机体表面声压分布对客舱内部壁板附近声压分布的影响,并在此基础上提出优化设计方案,通过模型验证优化方案的有效性。试飞数据表明:机体表面声压在后应急门前方、靠近地板处最大;巡航速度升高,声压级较大区域的面积随之增加;巡航高度和发动机N1、N2频率变化对机体表面声压级分布无明显影响。仿真数据表明:仅蒙皮结构无法有效降低客舱噪声;对声学降噪包进行优化能增加壁板隔声量,降低舱内声压。

高压组合电器开关放电声压仿真分析

针对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)发生局放时形成复杂的声场效应不便対实物分析问题,对该声场建立流固耦合分析模型,使用有限元分析法对GIS内部声源与中心导电杆及外部腔室产生的耦合作用进行计算,实现对GIS设备金属筒壁的声压分布及传播特点有效分析。通过分析得到多个气室声波传播的规律,相较于单一气室,声波经过气室间的法兰时衰减幅度较大,且有一部分被反弹叠加等。因此选用的超声波传感器必须具备高灵敏度、宽频带等特点。同时由于气室外部声压较小,为避免信号失真需对采集信号进行放大处理。该仿真为超声波传感器检测GIS局放提供了理论指导基础。

液固耦合下压电陶瓷晶片的声学分析

压电晶体是压电传感器的核心部件,其受到电压激励后会发生振动。压电陶瓷晶片的在水中振动会引起介质的振动,但是目前关于压电晶体的振动模型大多仅考虑了固体晶片,对于液体的影响研究较少。本文采用ANSYS有限元方法建立了液固耦合模型,分析了压电晶体在水中振动过程中的声学特性。结果表明,压电晶体声压分布大致为锥形,靠近晶片处的声压最强,由于衰减,远离晶片时声压逐渐减弱,且声压在晶片的两边大致成对称分布。同时,晶片振动时,其在厚度方向的振动能量大且比较集中,在径向振动方向振动能量较小,因而得到水介质结构内部晶片在压电晶片的厚度方向分布较强而径向方向分布较弱的特点。

聚焦换能器焦域声场扫描路径规划及测量

聚焦换能器的焦域声压扫描是其声学特性计量的重要步骤,而传统的扫描路径测量效率较低,提出基于聚焦声场分布特征的扫描路径规划方法。首先给出了实验方案和原理,分析了聚焦换能器声场的焦域声场特性,然后对聚焦换能器进行有限元仿真分析,获得焦域声场的声压分布,根据声场同心圆分布特性,以焦点处为0 dB声压级,获得不同声压级对应区域作为水听器扫描特征区域。最后,搭建了实验系统,实验结果表明,-6 dB的焦域长度和宽度等参数均与理论值、传统机械测量机构的测量值一致,保证了测量精度并且有效提高了测量效率。

航空制件超声检测中的声场特性分析

针对航空制件超声检测中影响缺陷定量准确性的声场问题进行了深入讨论 ,研究了脉冲波声场的计算方法 ,设计了相应的计算软件并绘制出实用换能器声轴线上的声压分布曲线 ,分析了不同材料和厚度的采样回波对频谱的影响 ,比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。

基于小球反射法的超声换能器脉冲声场模型研究

小球反射法是超声换能器声场测量的一种常用方法。为了研究小球的尺寸对声场测量精度的影响,建立了小球反射超声平面换能器发射的脉冲声场声压分布的理论模型,计算了由不同尺寸的小球反射的声场声压分布;实验验证了理论模型的正确性。理论计算和实验结果均表明小球的尺寸越小,测量精度越高。

超声换能器脉冲波声场数值计算与测试

对超声无损检测中影响缺陷检出率和缺陷评价准确性的换能器脉冲波声场分布特性进行了研究。提出了一种计算超声换能器脉冲波声场声压分布的新方法,计算了不同带宽的换能器脉冲波声场声压分布。研制了测量换能器脉冲波声场的实验系统,实验结果与通过理论计算得到的声场声压分布有较好的一致性。研究结果为仿真换能器脉冲声场提供了一种新方法,同时为提高超声检测的缺陷检出率和缺陷评价的准确性提供了理论依据。

凹球面双发射极超声阵列悬浮能力研究

为了克服传统一维单轴声悬浮装置的悬浮能力较弱的问题,设计了凹球面双发射极超声阵列。首先,分析了驻波悬浮机理,采用COMSOL有限元分析软件对不同阵列凹球面半径进行仿真得到声压分布和最大声压值,确定出最优阵列凹球面半径值,并根据优化结果制作了凹球面双发射极超声阵列装置。然后,建立超声阵列与空气介质中声场的声固耦合模型,仿真分析激励电压区间递增的驻波声场声压分布情况。最后,搭建超声阵列驻波悬浮实验平台对仿真结果进行验证。实验结果表明:当激励电压分别为8、12、16和20V时,悬浮能力分别为27.8、36.2、48.2和65.4mg。与传统一维单轴超声驻波声悬浮装置的悬浮能力对比,在激励电压分别为12、16和20V时,悬浮能力分别增加了30.2%、73.4%和135.3%。凹球面双发射极超声阵列装置能够有效地提高驻波的悬浮能力。