水声材料声振特性的驻波管测量方法

提出了一种基于驻波管的测量方法,以获得水声材料在静水压条件下的声学和振动特性参数。设计了带有气压补偿功能的低频发射换能器,作为驻波管的声源,通过水柱将换能器的平面活塞振动耦合到水面下的被测样品。在被测样品背衬上安装加速度计,测量样品背面振速;同时在管壁中嵌入一对水听器,测量水柱声压。导出样品声波入射面的振速和声压,进而计算出样品前表面和背衬面之间的振速传递系数(去耦系数)、样品的输入阻抗和声压反射系数。建立低频驻波管测试系统,声管尺寸为内径300 mm、外径600 mm、高3 m,工作频率范围100~1000 Hz,利用水层样品和多层穿孔橡胶样品开展了实验研究。实验结果显示,测量数据与仿真计算数据吻合较好,验证了测量方法的有效性。

驻波型直线超声波电机接触特性有限元建模与分析

超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节,建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究,大多采用解析法,需要采用较多的简化假设,难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这一问题,采用有限元法,对驻波型直线超声波电机接触特性进行建模和分析。首先,考虑定子复合结构,建立定子三维有限元模型,分析定子在外加电压作用下的振动响应,得到定子振动位移表达式。在此基础上,考虑定子与动子的结构和接触特点,建立定、动子接触三维有限元模型。基于所建立的模型,分析了定、动子的接触状态、接触压力分布,并研究了驱动电压大小和预压力变化对接触特性和电机性能的影响。最后,搭建试验测试平台,测量了电机的输出特性,并与理论计算值进行对比,对比结果验证了所建立的定、动子三维有限元接触模型。

声表面驻波局部图案化微操控方法

针对目前声表面驻波微操控方法在微流道的完整宽度上形成驻波图案,缺乏实现区域化操控的可行性的问题,量化分析了短脉冲激发的声表面波在声学微操控结构中产生与控制局部微粒图案的方法。通过对单指对叉指换能器机械波形的加式合成,建立了短脉冲激励下的波形传播解析模型,结合有限元方法建立立式声表面波微操控器件的全截面仿真模型,研究对激励信号施加脉冲延迟和频率调制时,微操控器件的时均基底位移以及微流道内声场分布的变化规律。为验证理论模型,制作微操控器件进行实验测试。结果表明,通过修改激励信号的相对时延和有效脉冲时间,可以有效地控制声场中生成驻波区域的位置及宽度,二者均呈线性正相关,与理论及仿真结果相符。

共振激励和重力作用下一维水平弦垂直振动驻波理论与实验研究

本文用本征函数展开法和拉普拉斯变换求解了重力作用下水平放置的一端固定、另一端以极小振幅作垂直简谐振动的一维弦的竖向振动波动方程,得出解析解,得到弦(弹性绳)共振形成驻波时的所有本征频率,且本征频率和驻波波腹大小、位置均与重力无关.实验上测量了驻波波腹的数目随共振频率变化的关系,利用理论推导出的波动方程中波速的表达式及测量弹性绳振动时的张力和绳子的长度,算出绳子的质量线密度,与实验值吻合,从另一角度验证了一维弦的横振动所满足的波动方程理论的正确性.

大学物理“驻波”课程思政的设计与实施

以驻波为例,开展大学物理课程思政教学实践.首先以北斗搭载的铷原子钟精确计时引入新课,进行科技前沿渗透和爱国主义熏陶,激发民族自豪感,永攀科学高峰的责任感和使命感.借助Mathematics软件演示驻波的形成,培育信息素养,激发探索求知欲.然后启发式讲授驻波的特征,渗透物理学科方法、学科思想、学科思维.最后布置延伸拓展作业,要求查阅资料,小组协作完成,体现了教学过程的高阶性、创新性和挑战度,提升自主学习能力、逻辑思维能力、团结协作和沟通表达能力.把显性思政和隐性思政渗透到课堂教学的每一环节,有利于实现知识能力与素质的有机统一,落实立德树人根本任务.

基于阻尼合金层的轴箱弹簧驻波效应抑制研究

高速列车轴箱弹簧是转向架结构传声的主要路径,其驻波效应会对转向架高频隔振特性乃至车内噪声产生显著影响。因此,基于弹簧驻波效应机理,采用有限元法建立轴箱弹簧有限元模型,探究轴箱弹簧在0~2000Hz频率区段内的模态应变能分布特点,提出在轴箱弹簧簧条内侧敷设阻尼合金层的结构设计方案,调查阻尼合金层厚度对抑制特性的影响。结果表明,由于轴箱弹簧质量分布惯性作用的影响,其高频段会产生明显的驻波效应,对轴箱弹簧隔振性能产生显著影响。在轴箱弹簧簧条内侧贴附阻尼合金层可以有效提升其阻尼性能,2 mm厚阻尼合金层可将轴箱弹簧模态损耗因子从0.001提升至0.005,峰值密集区和峰值稀疏区选取的振动峰值抑制量分别可达16.3 dB和13.4 dB,三分之一倍频段抑制量最高可达6.8dB。该研究结果可为高速列车振动与噪声控制提供指导和支撑。

部分外场势垒中具双幂非线性项的非线性Schr?dinger方程驻波解的强不稳定性

研究一类在N维空间中具双幂非线性项的非线性Schr9dinger方程驻波解的强不稳定性.首先,利用Gagliardo-Nirengberg不等式、紧性引理和Brézis-Lieb引理得到驻波解的存在性.再借助不规则的Virial恒等式构造出与方程相关的发展不变流形.最后,通过对发展不变流形的研究获得驻波解的强不稳定性.

一类非齐次非线性Schrödinger方程驻波的轨道稳定性

该文主要研究一类非齐次非线性Schrödinger方程在质量次临界条件下驻波的存在性和轨道稳定性.通过一个变分原理,讨论了约束变分问题极小化序列的紧性,并由此得到驻波的存在性,进一步证明了驻波的轨道稳定性.

驻波压力场速度波腹位置射流雾化的数值模拟

为研究驻波压力场速度波腹位置射流的雾化特性,基于八叉树结构形式的网格自适应方法与多尺度仿真算法构建了射流雾化的数值模拟方案,通过在计算域边界施加扰动构建了一阶横向驻波压力场。在此基础上实现了振荡压力场与雾化的多物理场耦合计算,研究了驻波压力场速度波腹位置射流雾化的响应特性,基于气体动力学理论阐述了速度波腹位置射流雾化的响应机理。结果表明:基于自适应网格与多尺度仿真算法建立的雾化数值模拟方案可以实现雾化过程较为准确的求解,是研究雾化过程的有力工具;反压振荡与雾化的耦合求解算法可以研究振荡压力场下的雾化特性,对于进一步认识非定常雾化特性并揭示热声耦合机理起到重要的作用;射流处于速度波腹位置时,圆柱射流发生变形变成扁平液膜,并伴随气流的运动发生周期性摆动,破碎长度减小,破碎程度加剧。

弦振动驻波形成机理分析

针对两端固定的弦线产生的驻波现象,从波动传播过程出发建立各列波的波函数,利用叠加原理计算弦振动方程.分析弦振动函数本身存在的规律,利用形成驻波的必要条件顺利把函数简化成驻波方程形式,并发现振源的位置改变会影响弦线的振动情况.从两端固定的弦线上形成驻波的现象出发,分析得出振源位置应满足的条件.

驻波法测声速原理教学的讨论

针对驻波法测声速实验,本文说明了现行教材中原理阐释的不完善之处,并基于大学物理的基础理论知识,从驻波共振的角度出发,以清晰简明的方式重新梳理实验原理,使学生对此实验原理有更清楚的认识。

具有能量临界增长的非线性薛定谔方程驻波的存在性

提出一类具有能量临界增长的非线性薛定谔方程,满足非线性项均为聚焦状态。通过解决一个在给定的条件下变分问题,得到该类方程基态驻波解的存在性。结果表明,当空间维数大于4时,基态驻波解对于所有的正频率都是存在的。

10MeV20kW驻波型大功率电子辐照加速器性能评估

阐述对电子束辐照加工技术中10MeV20kW的驻波型大功率辐照加速器的性能评估,得出10MeV的辐射能量和20kW功率输出使加速器在辐照加工中具有较高的能量和功率,能够满足加工需求。

一种40GHz低驻波高可靠射频连接器结构设计

提出了一种40GHz低驻波高可靠射频连接器的结构设计,总结了低驻波和高可靠接触设计技术难点,对技术难点进行分析并给出有效的解决措施。利用传输线理论分析并基于Ansoft HFSS和Ansys仿真软件验证了措施的可行性和有效性。插头设计为光孔结构,插座设计为开槽弹性结构,实现微波传输系统的阻抗匹配,可达到40GHz宽带传输应用。

基于激光多普勒测速技术的超声驻波声场特性的研究

文章首先阐述了超声波在医学诊断、治疗、材料加工、质量检测等方面的关键作用;然后详细分析了国内外超声波技术的研究现状和发展动态,强调了激光多普勒测速技术在提高声场测量精度方面的优势;最后探讨了基于激光多普勒测速技术的超声驻波声场特性研究对促进科技进步和产业升级的潜在影响,以及面临的挑战和未来发展趋势。

环形驻波超声波电机定转子接触摩擦模型

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。针对环形驻波超声波电机定转子接触摩擦问题,采用库伦摩擦+黏性摩擦定律建立了定转子接触摩擦模型。采用所建立的模型分析了一个振动周期内接触界面的摩擦力变化情况,也研究了定子不同径向振幅以及结构参数对电机输出性能的影响。最后,测量了电机的转矩-转速特性,并将测量值与计算值进行对比,二者吻合度较好。另外,对比了基于库伦摩擦定律所建立模型的转矩-转速特性计算值,对比结果表明,与基于库伦摩擦定律所建立的模型相比,基于库伦摩擦+黏性摩擦定律所建立的模型能更准确地描述定转子接触界面的摩擦传动特性。

声控发光驻波实验仪研制与应用

声音驻波实验是高校大学物理实验必修内容之一,但其传统实验仪器存在不足。深入分析声驻波产生机理和特性,自主设计声光转换电路,该电路可以把声驻波信号有效精准地转化为二极管发光信号,并将其应用在驻波管内,成功研制出一种声控发光驻波实验仪器。该仪器不仅实现了驻波现象定性演示和定量测量的有机结合,具有操作简便、直观性强、运行稳定、测量精度高的优点,而且对高校同类实验教学仪器研制具有重要的借鉴意义。

数值计算法实现同振式矢量水听器驻波管中灵敏度修正

大尺寸的矢量水听器在驻波管中进行灵敏度校准时会引起校准声场分布不均匀,使得灵敏度校准结果出现较大误差。在无法获取校准声场准确的解析表达式情况下,以实际驻波管校准装置为原型,建立声场仿真分析模型,通过数值计算得到矢量水听器和参考标量水听器的声压和加速度量值,并结合灵敏度校准公式和参考值导出灵敏度修正因子。利用修正因子,对不同尺寸矢量水听器灵敏度测试结果修正以后,与参考值最大绝对误差减小到2.0 dB下。结果表明数值计算法能有效减小非均匀声场引起的大尺寸矢量水听器灵敏度校准误差,扩展了矢量水听器驻波管校准装置的测试对象。

突变截面驻波管和极高纯净驻波场的实验研究

突变截面驻波管属于失谐驻波管,即其高阶共振频率不是一阶共振频率的整数倍。通过对STAS的优化设计,利用STAS的失谐性质在一阶和二阶共振频率下激励分别获得了180 dB和177 dB的极高纯净驻波声场。尽管声压级已经很高,但在接下来的对一阶和二阶共振频率激励下的声波波形畸变和谐波饱和情况进行的实验研究中仍然没有观察到谐波饱和现象。与此同时,对三阶共振频率激励下的声场进行了实验研究,由于三阶共振频率激励下的大振幅非线性声场的二次谐波频率接近六阶共振频率,在声压级达到170 dB时观测到了三阶共振频率激励下的声波波形畸变和谐波饱和现象。

基于相位聚焦的驻波声场悬浮与运输方法研究

高频驻波声场中声波入射波与反射波非线性叠加作用下会产生声辐射力,从而实现微小物体的悬浮.使用幅值调制或频率调制改变悬浮位置存在空间上限制,且运输平稳性较差.在换能器阵列形成声场中,使用相位调制可以实现定点聚焦与物体平稳运输.基于超声驻波悬浮原理,详细分析了单驻波、平面驻波、空间驻波声场声压、相位分布情况,并基于聚焦原理使用相位调制的方法实现对声场的定点聚焦、聚苯乙烯小球悬浮与运输.结果表明:单驻波声场可通过双向相位调制方法实现小球稳定运输;在横向相位差为π的情况下使用PLL多时钟信号可实现多方向、不同速度的同时运输;空间阵列驻波声场通过定点聚焦声压提高了83%,且通过连续改变焦点位置实现了小球直线运输.