固体媒质中异质球形散射体的声散射特性

复合材料的物理性能和基材中填充物的复合状态有着密切的关系 .应用声散射方法研究复合材料复合状态是材料评价的常用方法之一 .在许多情况下 ,基材中的填充物呈现球状 ,因此对基材中球形填充物的散射研究是人们十分重视的研究课题 .然而以前的研究中 ,大多数讨论了纵波或横波入射时单一球形固体、流体或真空腔体的散射特性 ,对同一基材中不同性质材料球形散射体的散射谱特性及影响散射谱的因素较少涉及 .而后者对复合材料的评价很有意义 .首先介绍了固体中异质球形散射体的声散射理论模型 ,然后数值计算了同一基材中不同材质的球形散射体对入射平面声纵波的散射谱特性 .结果表明 ,散射体的归一化散射截面谱同基材和散射体的声速在速度状态图上的相对位置有直接的关系 ;散射截面随频率的变化规律在低频区的特性主要反映了散射横波的性质 。

旋涡声散射的空间尺度特性数值研究

旋涡对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在声源定位、声目标识别及探测、远场噪声预测等方面具有重要的学术研究价值和工程应用价值,如飞行器的尾涡识别、探测及测距,湍流剪切流中声目标预测,声学风洞试验中声学测量和声源定位等.声波穿过旋涡时会产生非线性散射现象,其物理机理主要与声波波长和旋涡半径的长度尺度比相关.本文采用高阶精度高分辨率线性紧致格式,通过求解二维非定常Euler方程,数值模拟了平面声波穿过静止等熵涡的物理问题.通过引入声散射截面法,分析了不同声波波长与旋涡半径的长度尺度比对声波脉动压强、声散射有效声压以及声散射能量的影响规律.研究表明:随着声波波长与旋涡半径的长度尺度比逐渐增加,旋涡流场对声场的影响逐渐减弱,声散射有效声压影响区域先逐渐增大随后逐渐减小,声散射能量最大值呈现4种不同的变化阶段.

单个椭球颗粒声散射数值研究

以刚性/液体颗粒和气泡为例,开展椭球颗粒声散射数值研究.运用边界元法研究刚性颗粒的声散射特性,验证该方法的可行性,计算并分析在长短轴比2∶1和3∶1,无因次尺寸参量ka小于10条件下刚性椭球颗粒散射声压.鉴于边界元法的局限性,对液体颗粒和气泡,则采取一种声散射函数近似计算方法.以液体椭球算例验证计算程序,之后预测椭球气泡随不同无因次尺寸参量、长短轴比、入射角的散射声压变化趋势,比较椭球和球形气泡散射声压分布,并对散射截面变化进行探讨.结果表明:对于刚性颗粒,在无因次参量ka大于4后前向散射效应占主要地位,随长短轴比值增加散射旁瓣增强.对于气泡,当椭球趋近于球体时,将本文结果与球体散射声压比较,发现入射角90°时吻合度最高.此外,当无因次参量和入射角不变时,前向散射随长短轴比的增大而增强.表现出与刚性颗粒类似的散射旁瓣随长短轴比的增加而增强,能量向前集中的特征,但散射截面减小.

Noise Shielding Using Acoustic Metamaterials

We exploit theoretically a class of rectangular cylindrical devices for noise shielding by using acoustic metamateriais. The function of noise shielding is justified by both the far-field and near-field full-wave simulations based on the finite element method. The enlargement of equivalent acoustic scattering cross sections is revealed to be the physical mechanism for this function. This work makes it possible to design a window with both noise shielding and air flow.