阻抗边界附近粘弹性球壳的动态声辐射力

当入射声波包含多个不同的频率分量时,物体受到的声辐射力会含有随时间变化的动态分量,称为动态声辐射力.动态声辐射力在医学成像、物质参数反演等领域得到了越发广泛的应用.利用镜像原理,从理论上推导了双频率声波作用在阻抗边界附近的粘弹性球壳上时产生的动态声辐射力,并以合成树脂球壳为例进行计算.结果显示:与稳态声辐射力相比,动态声辐射力在峰值处会出现劈裂现象,且劈裂后两峰的间距恰好等于两个无量纲频率之差,因而当两频率十分相近时可以将其近似为稳态声辐射力;增加边界声压反射系数可以明显提升动态声辐射力的峰值,而球壳与边界距离的变化则会使动态声辐射力出现周期性变化,且其变化周期刚好为半波长.当球壳相对较薄时,由于空气的声阻抗远小于水,充气球壳的动态声辐射力会远强于充水球壳.本文的计算结果预期可以为边界附近利用动态声辐射力进行声操控提供理论基础.

超弹性球体垂直入水空泡流动研究

采用实验与数值模拟相结合的方法,开展了超弹性球体低速垂直入水空泡流动研究。通过入水实验研究发现了超弹性球体入水后特有的球体变形行为和空泡形态。基于径向基函数的变形插值法和虚功原理的力映射法,对超弹性球体的入水过程进行了流固耦合数值模拟,并将入水空泡形态、位移和变形系数的数值结果与实验数据进行对比,验证了本文数值方法的有效性。在此基础上采用数值模拟方法开展了超弹性球体与刚性球体垂直入水流动特性的对比研究,结果表明:超弹性球体入水后由于变形行为及能量的损耗,使得形成的空泡长度比刚性球体小,空泡宽度比刚性球体大;超弹性球体入水后局部绕流与球体变形导致超弹性球体的表面压力变化范围要比刚性球体大。

弹性球壳声衍射对矢量传感器测量影响

声矢量传感器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器组成,被应用于水声测量和探测领域,但作为水声测量设备它会受到安装载体衍射声场的影响,使其接收声场失真和指向性发生畸变.以实际应用需求为背景,从理论上分析了平面声波在弹性球壳上的衍射声压场和振速场;采用薄壁球壳机械阻抗近似公式,计算了球壳声衍射对矢量传感器声场测量和指向性的影响.根据共振散射理论,弹性球壳衍射声场的共振项与壳体的机械阻抗和辐射阻抗有关,而其背景项与刚性球和绝对软球的声衍射有关.计算和分析结果表明,在球壳散射声场的共振项频率处,矢量传感器的接收声场严重失真,且其指向性图变得复杂;另外,它们也与声波的入射方向和距离有关.这些结果为利用矢量传感器进行水声测量和探测提供基本的物理基础.

水中双层弹性球壳的回声特性

研究水中双层同心弹性球壳的声散射．利用严格弹性理论和分离变量法导出了Rnyleigh简正级数解．计算并比较了单层和双层弹性球壳的反向散射形态函数．为了分析回波结构也计算了窄脉冲回波序列．结果表明，外壳很薄内壳稍厚的双层弹性球壳的回波特性主要依赖于内壳。在低Ka时双层壳体的回波可以近似用内部充水的外壳和内部真空的内壳的回波叠加而成．

水中弹性球壳的共振声辐射理论

为了深入认识水中结构的声辐射机理，木文提出一个称为共振辐射理论（ResonanceRadiationTheory－RRT）的新理论。它是由共振散射理论（ResonanceScatterinyTheory－RST）推广得到的。对于一个在内壁简谐力激励下的水中弹性球壳，从经典的Rayleish简正级数解出发导出了共振辐射公式。水中薄钢球壳的辐射分波的数值计算表明，辐射形态函数与散射形态函数相似。由复共振极点参数按照共振辐射公式合成的辐射声功率曲线与严格理论的计算结果符合良好。

弹性球壳声散射对矢量水听器测向影响研究

以平面波在弹性球壳上声散射理论为基础,建立了弹性球壳近场声散射对矢量水听器目标定向性能影响计算模型,分析了入射声波信号频率、入射角度以及矢量水听器安装位置对目标定向的影响。计算和理论分析结果表明,弹性球壳声散射对矢量水听器测向性能的影响与壳体散射特性和水听器安装位置密切相关,在低频和高频段测向误差相对比较小,而在中频段则测向误差比较大,可通过选择工作频段,或者采用声学处理,降低壳体声散射强度,减小对矢量水听器测向性能的影响。研究结果为矢量水听器工程应用奠定了理论基础。

生长对超弹性球壳变形和稳定性的影响

应用连续介质力学有限变形理论建立受内压作用不可压超弹性球壳大变形问题的力学模型,且运用基于变形梯度张量极分解的弹性体积生长理论分析生长对不可压超弹性球壳变形和稳定性的影响.通过对球壳变形与内压关系式的数值计算得到不同生长条件下球壳的变形曲线和应力分布曲线及由生长引起的残余变形和残余应力分布.计算结果表明生长对球壳变形特性有明显的影响,生长影响球壳可产生不稳定变形的临界壁厚和临界内压,且在某些情况下可改变球壳的稳定性.生长在球壳中可产生一定的残余变形和残余应力,对球壳中的应力分布有一定的影响.另外当生长的程度足够大时,即便没有外力作用,球壳仅在生长引起的残余应力作用下也可产生不稳定变形.

覆盖粘弹性层的水中双层弹性球壳的回声特性

首先建立根据覆盖层实测数据估算粘弹性参数的方法．在此基础上利用粘弹性、弹性理论和分离变量法导出覆盖有粘弹性展的水中双层弹性球壳回声的Ｒａｙｌｅｉｇｈ简正级数解．计算比较了覆盖和不覆盖粘弹性展的双层弹性球壳的形态函数．给出了窄脉冲和长脉冲入射时的回波波形．计算表明，覆盖粘弹性层后形态函数在低频时基本不变，随着频率的升高而逐渐降低．窄脉冲回波的波形分析指出，覆盖粘弹性层后不仅镜反射波的幅度降低，表面弹性波（ＳＥＷ）的幅度也随之降低．

近似声斗篷的多层介质覆盖水中弹性球壳的声散射

对水中弹性球壳的低频覆盖层消声效果和消声机理进行研究。声斗篷(Acoustic cloak)是各向异性的超常材料,根据有效介质近似理论(Effective MediumApproximationTheory),采用各向同性多层介质近似各向异性材料的声斗篷,推导出覆盖多层介质水中弹性球壳散射声场的解析表达式,计算了弹性球壳覆盖多层介质前后的散射形态函数、谐振模态以及声场分布,分析了覆盖前后球壳的声散射特性和声传播机理。研究表明,覆盖层内的声波在多层介质之间的声传播方向发生改变,声场形成弯曲变形,声能流绕过目标,这不仅极大的降低了低频散射强度,而且使到达弹性体表面的声场强度非常小,散射频响中除了0阶子波产生的第一个谐振峰外,无法激发弹性球壳的其它谐振模态,有效的抑制弹性球壳的谐振散射。

可压缩超弹性球壳的有限振动

应用有限变形动力学理论研究了一种可压缩超弹性材料球壳在表面突加均布拉伸载荷作用下的有限振动问题。应用有限差分法求解球壳振动的振幅和外加荷载之间的微分关系 ,得到了球壳振动的时程和相图。可以证明 。

部分充水有隔板弹性球壳的声散射

根据弹性体运动方程和目标散射的积分方程,应用有限元和边界元方法(FEM/BEM)研究部分充水、结构弹性球壳的声散射特性,并计算了球壳内有、无隔板和部分充水情况的归一化散射形态函数,分析了谐振散射机理。结果表明,部分充水、无隔板球壳的谐振特性主要与充水情况有关,谐振是由内部水介质与球壳共同作用产生的;部分充水、有隔板球壳的主要谐振特性与无水情况的特性相差不大,内部水层中的声场较弱,说明谐振特性主要由球壳和隔板决定,但是,隔板一侧充满水时,球壳的散射特性与部分充水情况有很大不同。

消声水池中弹性球回声的测量与标定

在消声水池中对直径范围为2cm～5cm的钢球进行了回声测量。对长脉冲和短脉冲入射声信号的回声信号进行了分析比较。研究了目标的弹性作用在这两种情况下对回声的影响。通过对标准钢球回声测量结果与解析计算结果的比较,检验了消声水池目标回声测量的精度,并为其他非标准目标回声测量提供对比标定的依据。

弹性球型钢支座力学性能有限元分析方法

大跨空间结构中,支座起着连接上部屋盖结构与下部主体结构的重要作用,研究支座在外部荷载下的实际受力性能对空间结构的设计有重要意义。利用ABAQUS软件,对大跨度空间结构中的典型支座——弹性球型钢支座做有限元分析。将有限元分析计算的支座刚度值与定型产品支座设计刚度值做比较,验证有限元模型合理可靠。深入分析弹性球型钢支座在外部荷载下的应力分布状态,探讨了支座的受力性能,为空间大跨度屋顶结构整体计算分析的支座简化提供参考。

气幕对弹性球壳振动影响的探讨

对气幕中弹性薄球壳的振动进行理论分析，以探讨气幕对结构振动的影响。分析表明：气幕对结构强迫振动响应的影响，相当于给结构增加了附加质量（气幕压缩性的影响）和附加阻尼（气幕阻尼的影响），它们与气幕自身的参数及激振频率有关。

水下弹性球壳回波特性的仿真研究

水下弹性球壳回波特性的研究对水下目标特征提取和识别具有重要意义。利用弹性理论和分离变量法导出弹性球壳散射声场的Rayleigh简正级数解,得到其反向散射波形态函数。由形态函数计算了高斯脉冲入射到弹性球壳的回波波形,并建立了水下弹性球壳回波特性的数学模型。通过对弹性球壳形态函数和回波结构的仿真,分析比较了不同材料和不同厚度的弹性球壳形态函数和回波特性,并讨论了水下弹性球壳回波特性的影响因素。结果表明,水下弹性球壳的回波特性与球壳材料、球壳厚度和入射信号等因素有关。

利用弹性球测定重力加速度

重力加速度 g的测定是物理学中的一个基础实验，目前已有多种测定方法可供选择，本文提出一种新的利用弹性球与水平面碰撞的声音记录下碰撞时间，再结合恢复系数计算出重力加速度的实验方法，该实验操作简单，对实验仪器要求低，可行性高，可以在物理教学实验中进行推广运用。

弹性球铰胶料配方与性能研究

选用少量反式聚异戊二烯替代天然橡胶、少量白炭黑替代炭黑制备了弹性球铰橡胶胶料,研究了不同配方胶料的弹性球铰径向静刚度、轴向静刚度、扭转静刚度和疲劳性能等。结果表明,选用10份白炭黑替代改性炭黑、10份反式聚异戊二烯替代天然橡胶后弹性球铰2向刚度、静刚度和疲劳性能圴明显提升。

用牛顿定律研究两个弹性球的正碰

给出了两个弹性球正碰中的运动学规律。

界面对弹性球壳声辐射的影响分析

深海和浅海信道均为有界空间。为计算界面对有界空间中弹性结构振动及声辐射的影响,本文利用虚源法和Graf加法定理,建立了理想界面附近点力激励下球壳振动声辐射的解析模型。分别计算了不同边界、不同下潜深度和激励位置下球壳的声辐射阻抗、辐射声压和声功率,解释了辐射声场的形成机理,并给出了声压频率谱中干涉条纹的简单预报公式;以辐射声功率为评价参数定量讨论了不同类型边界对球壳声源特性的影响规律。计算结果表明,对于相对壳厚h/a=1%~5%的薄球壳,当无因次频率ka≥2且归一化下潜深度H_(r)≥3时,界面对球壳辐射声功率的影响小于3 dB,可以忽略。

弹性球头磨具曲面抛光参数对抛光效果的影响研究

弹性球头磨具的曲面抛光过程中,受磨具转速、切入切深、进给速度、磨具粒度以及工件几何形状等参数影响,抛光无法达到理想状态。为提高相对滞后的曲面光整技术,以SKD-11钢工件为抛光试验对象,结合材料去除机理和赫兹接触理论建立材料去除函数模型,通过相对灵敏度分析材料去除率和工件表面质量对抛光参数的敏感程度,并以单因素试验方法确定相对敏感抛光参数的影响规律。结果表明:总体粒度大的磨具材料去除能力较低,易获得稳定的抛光表面质量;球头磨具在转速为(3 000～9 000)r/min和切削深度为(0.3～0.4)mm时材料去除率和工件表面质量较高,确定了球头磨具抛光参数适宜范围,为曲面的高精度抛光提供理论指导。