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Chladni图案的MATLAB模拟 被引量:3
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作者 王继超 王慧 《实验科学与技术》 2011年第2期181-183,共3页
波在二维介质中传播会形成很多对称的美丽图案,其中最为著名的是Chladni图案。小提琴、鼓等弦乐器和平面式乐器的工作原理都和这些图案的共振频率相关。文中通过求解波动方程并根据特定情形下的波节线方程,用MATLAB程序语言编程描绘出... 波在二维介质中传播会形成很多对称的美丽图案,其中最为著名的是Chladni图案。小提琴、鼓等弦乐器和平面式乐器的工作原理都和这些图案的共振频率相关。文中通过求解波动方程并根据特定情形下的波节线方程,用MATLAB程序语言编程描绘出了二维介质中形成的驻波图案,同时模拟出了几个Chladni图案的实例,为理解驻波和相关乐器的工作原理提供参考和帮助。 展开更多
关键词 二维驻波 动力学方程 chladni图案 MATLAB仿真模拟
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Manipulating Chladni Patterns of Ferromagnetic Materials by an External Magnetic Field
2
作者 Kenneth R.Podolak Vihan A.W.Wickramasinghe +1 位作者 Gareth A.Mansfield Alex M.Tuller 《Sound & Vibration》 EI 2021年第3期235-240,共6页
Ernst Chladni is called the father of acoustics for his work,which includes investigating patterns formed by vibrating plates.Understanding these patterns helps research involving standing waves and other harmonic beh... Ernst Chladni is called the father of acoustics for his work,which includes investigating patterns formed by vibrating plates.Understanding these patterns helps research involving standing waves and other harmonic behaviors,including studies of single electron orbits in atoms.Our experiment vibrates circular plates which result in well-known patterns.Alternatively to traditional experiments that used sand or salt,we use magnetic materials,namely iron filings and nickel powder.We then manipulate the patterns by applying a localized external magnetic field to one of the rings that moves a segment of the magnetic material in that ring to the next inner ring.The results show a significant decrease in magnetic field necessary to move the magnetic material at higher frequencies as well as a significant decrease in the magnetic field required to move the magnetic material as nickel powder is substituted for iron filings while keeping the mass constant. 展开更多
关键词 chladni FERROMAGNETISM ACOUSTICS
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Partial Frequencies and Chladni’s Law in Church Bells
3
作者 William A. Hibbert David B. Sharp +1 位作者 Shahram Taherzadeh Robert Perrin 《Open Journal of Acoustics》 2014年第2期70-77,共8页
The rim partials of a church bell (those with an antinode at the soundbow) generate the strike pitch or perceived note of the bell. The spacing in frequency of the higher rim partials has an important effect on the to... The rim partials of a church bell (those with an antinode at the soundbow) generate the strike pitch or perceived note of the bell. The spacing in frequency of the higher rim partials has an important effect on the tonal quality of the bell. Investigations into the partial frequencies of 2752 bells, both bronze and steel, of a wide variety of dates, founders and sizes, show a simple and unexpected relationship between the frequencies of the rim partials. This relationship explains why attempts to tune the higher rim partials independently have failed. A modified version of Chladni’s law provides insight into the musical relationship of the partials, and predicts the partials of individual bells well, but fails to give a simple model of the spacing between the partials seen in bells with different profiles. 展开更多
关键词 CHURCH Bell PARTIAL Frequencies chladni’s LAW TIMBRE Virtual PITCH STRIKE PITCH
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振荡器驱动方板的有限元模型和克拉尼图形
4
作者 曹磊磊 陈海峰 常博 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第1期104-110,133,共8页
振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适... 振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适当的边界条件,进而通过固有频率和振型分析,根据振型有效质量的大小预测和再现多组实验中出现的共振频率和克拉尼图形。对薄板在任意驱动频率下的稳态振动,通过振型叠加法快速准确计算出其振幅节线图形,与实验中相同频率下的克拉尼图形几乎相同。振荡器驱动的方板在共振频率下的克拉尼图形可解释为固有频率对应的振型,在非共振频率下的克拉尼图形可以解释为多个振型的叠加。通过建立具有适当边界条件的有限元模型,对振荡器驱动方板的克拉尼图形给出具有明确物理意义解释。 展开更多
关键词 振动与波 振荡器 方板 克拉尼图形 有限元模型 振型
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基于声波操纵的微小物体运动建模与控制
5
作者 徐连迪 孙昊 +1 位作者 陶金 孙俊清 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期229-239,共11页
采用声波操纵克拉尼平板上的微小物体,在精准医学、液滴和颗粒的工业控制等方面有着广阔的应用前景.传统声波操纵认为在运动过程中,声波对微粒的影响是无序的,而近年来,研究得出声振动是有序的,但缺乏精确、有效的建模手段,限制其应用.... 采用声波操纵克拉尼平板上的微小物体,在精准医学、液滴和颗粒的工业控制等方面有着广阔的应用前景.传统声波操纵认为在运动过程中,声波对微粒的影响是无序的,而近年来,研究得出声振动是有序的,但缺乏精确、有效的建模手段,限制其应用.针对该问题,本文提出了结合Faster R-CNN算法与局部加权回归(LOESS)算法的方法对声波场进行建模.采用图像识别技术辨识微粒在克拉尼平板上的位置,计算在某一固定声波频率下微小粒子在克拉尼平板不同位置上的位移.在积累大量位移数据后,基于LOESS算法,建立平板上的完整声波位移模型,分析声波力场如何在平面上对微小物体的运动施加影响,并建立仿真模型,进行克拉尼平板上微粒操纵的仿真实验.最后,本文将基于所搭建的声波操纵平台,对易碎的速溶咖啡颗粒进行控制,通过与仿真实验相对比,验证了建模与控制方法的可行性,证明该模型可实现微小粒子的运动控制. 展开更多
关键词 声波操纵 微小物体控制 克拉尼平板 Faster R-CNN 局部加权回归
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环形薄板二维驻波的研究 被引量:11
6
作者 方奕忠 王钢 +3 位作者 沈韩 崔新图 廖德驹 冯饶慧 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期664-671,共8页
在理论上和实验上对环形薄板二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究.通过在极坐标下对垂直板面方向小振动方程进行分离变量,求解出环形薄板小振动方程在外边界悬空时分别在两种内边界条件,即内边界悬空和内边界简支下的解析解的简正模... 在理论上和实验上对环形薄板二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究.通过在极坐标下对垂直板面方向小振动方程进行分离变量,求解出环形薄板小振动方程在外边界悬空时分别在两种内边界条件,即内边界悬空和内边界简支下的解析解的简正模式,并计算了在第一种边条件下几种共振模式的径向波速近似值,以及两种边条件下的圆形驻波波节线的半径和薄板的弹性模量.发现通过调节环形薄板上点振动源的频率,可精确控制薄板上出现的克拉尼图形.实验上观察到了仅有圆形波节线,仅有辐射状波节线,以及两种波节线同时存在3种简正模式的情形,且波节线的数量可严格控制.理论结果跟实验符合得很好. 展开更多
关键词 驻波 贝塞尔函数 克拉尼图形 环形薄板
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圆形薄板二维驻波的研究 被引量:11
7
作者 方奕忠 王钢 +3 位作者 沈韩 崔新图 廖德驹 冯饶慧 《大学物理》 北大核心 2015年第3期19-24,共6页
在理论上和实验上对圆形薄板二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究,通过在极坐标下对圆形薄板的竖向小振动方程进行分离变量,求解出圆形薄板小振动方程在自由边条件下的解析解的简正模式,并进行了数值模拟.发现通过调节圆形薄板上点... 在理论上和实验上对圆形薄板二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究,通过在极坐标下对圆形薄板的竖向小振动方程进行分离变量,求解出圆形薄板小振动方程在自由边条件下的解析解的简正模式,并进行了数值模拟.发现通过调节圆形薄板上点振动源的位置和频率,可精确控制薄板上出现的克拉尼图形.实验上观察到了仅有圆形波节线,仅有辐射状波节线,以及两种波节线同时存在3种情形,且波节线的数量可严格控制.并在此基础上计算了圆形薄板上二维振动的波矢和波速,以及弹性模量等物理量,且理论结果跟实验符合得很好. 展开更多
关键词 波节 m阶贝塞尔方程 克拉尼图形 圆形薄板
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内边界固定情况下环形薄板二维驻波的研究 被引量:8
8
作者 方奕忠 沈韩 +3 位作者 王钢 崔新图 廖德驹 冯饶慧 《大学物理》 北大核心 2016年第6期15-19,28,共6页
通过极坐标下对竖向(垂直板面方向)的小振动方程分离变量,解出环形薄板的小振动方程在内边界固定外边界自由条件下解析解的简正模式,并在理论上和实验上对其二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究.实验上观察到仅有辐射状波节线(不包... 通过极坐标下对竖向(垂直板面方向)的小振动方程分离变量,解出环形薄板的小振动方程在内边界固定外边界自由条件下解析解的简正模式,并在理论上和实验上对其二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究.实验上观察到仅有辐射状波节线(不包含内边界)或辐射状波节线与圆形波节线同时存在两种简正模式,进一步计算了此时薄板上的圆形驻波波节线的半径和方程的本征值所满足的规律以及薄板的弹性模量,并与实际测量值进行比较,发现理论结果跟实验符合得很好. 展开更多
关键词 驻波 m阶贝塞尔函数 克拉尼图形 环形薄板
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方形薄板二维驻波的研究 被引量:16
9
作者 方奕忠 王钢 +3 位作者 沈韩 崔新图 廖德驹 冯饶慧 《物理实验》 2014年第1期33-36,共4页
通过对多种振源情形下的方形薄板二维驻波图形(克拉尼图形)的观测与研究,得到不同频率下驻波图形的波节数n+1,m+1及波矢k,从而导出波速(相速)u.实验结果与理论解析解(严格解)相比较符合得很好.
关键词 驻波 简正振动 克尼拉图形
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两径向边简支时环状扇形薄板二维驻波的研究
10
作者 方奕忠 沈韩 +4 位作者 崔新图 黄臻成 冯饶慧 廖德驹 庞晓宁 《物理与工程》 2022年第2期99-108,113,共11页
本文在理论和实验上分别对张角为钝角、锐角,两辐射线方向边界简单支承、内外两圆弧边均悬空时水平放置的环状扇形薄板的小振动问题进行了研究。根据小挠度理论,采用极坐标系,用分离变量法求出环状扇形薄板给定边条件下不同本征频率及... 本文在理论和实验上分别对张角为钝角、锐角,两辐射线方向边界简单支承、内外两圆弧边均悬空时水平放置的环状扇形薄板的小振动问题进行了研究。根据小挠度理论,采用极坐标系,用分离变量法求出环状扇形薄板给定边条件下不同本征频率及对应的本征振动模式,得出了通解,计算并讨论了不同本征振动模式下的圆弧状驻波波节线的半径及径向波节线的分布,求出薄板的弹性模量,给出仿真模拟驻波图,与实验上观察到的不同本征频率下的几种Chladni图形相比,理论与实验及仿真模拟结果符合得很好。 展开更多
关键词 钝角、锐角环状扇形薄板 变型(或虚宗量)Bessel函数 chladni图形 简单支承
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张角为直角两半径边简支时扇形薄板二维驻波的研究 被引量:1
11
作者 方奕忠 沈韩 +3 位作者 崔新图 黄臻成 廖德驹 冯饶慧 《大学物理》 2019年第10期8-14,共7页
本文在小挠度理论下对张角为直角、两半径边简单支承、圆弧边悬空时水平放置的扇形薄金属板的竖向小振动问题进行了研究.通过求解薄板的小振动方程,得出了薄板在不同本征频率(自由频率)下的解析解的简正模式,求出了通解,并计算了相应本... 本文在小挠度理论下对张角为直角、两半径边简单支承、圆弧边悬空时水平放置的扇形薄金属板的竖向小振动问题进行了研究.通过求解薄板的小振动方程,得出了薄板在不同本征频率(自由频率)下的解析解的简正模式,求出了通解,并计算了相应本征频率下薄板上的圆弧状驻波波节线的半径及方程本征值所遵从的规律,给出了驻波图及薄金属板的弹性模量,得到的简正模式波节线的分布有3种:分别是仅有辐射状波节线、仅有圆弧状波节线(不含两半径边)及辐射状与圆弧状波节线同时存在,并与实验观察到的驻波图形(即克拉尼图形)的相应实测值进行了比较,理论与实验符合得很好. 展开更多
关键词 扇形薄板 贝塞耳函数 波节线 简单支承 克拉尼图形
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法拉第对液体表面波的研究
12
作者 李国峰 《大学物理》 北大核心 2016年第12期54-56,共3页
介绍了法拉第由克拉尼图形进入液体表面波研究领域的过程,回顾了法拉第研究液体表面波的实验;分析了法拉第怀有强烈好奇心和能够正确对待权威学者观点的精神特质,以及法拉第思维开阔和实验技巧高超的研究特点.
关键词 法拉第 克拉尼图形 液体表面波
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Computational Study of Cymatics with Experimental Analysis
13
作者 Shennal HARSHANA Nimali T.MEDAGEDARA 《Instrumentation》 2021年第3期26-35,共10页
Cymatics is a visual representation of sound and vibrations,on surfaces of plates,diaphragms,and membranes in the forms of auditory-images.The surfaces that are exposed to these vibrations are sprinkled with fine part... Cymatics is a visual representation of sound and vibrations,on surfaces of plates,diaphragms,and membranes in the forms of auditory-images.The surfaces that are exposed to these vibrations are sprinkled with fine particles that accumulate at nodes,to create visualizations of specific geometry unique to the particular frequency.This paper discusses the designing of an experimental platform,dedicated towards observing the behavior of cymatics,through analysis of such visualizations(Chladni patterns).This is further investigated by performing a numerical modelling using finite element simulation.Two millimeter thickness Aluminum(Al)plates of three shapes consisting of surfaces with equal areas were used for both experimental and finite element analysis(FEA).FEA was performed using ANSYS simulation software and patterns were derived for different vibrational frequencies.The results demonstrated that the 60%of the experimental imagery conforms with the visualization generated by ANSYS software.Additionally,the lowest average frequency differences with respect to the simulation results an average deviation for similar images was found to be 9.2%and 2.8 mm for the triangular shape plate,validating that the shape of the plate plays a paramount role in cymatics analysis.An image processing technique was used to determine the deviation between the images created by experimental platform and FEA for all the three shapes.The results demonstrate that Chladni patterns are best represented by a triangular shaped plate. 展开更多
关键词 Cymatics Finite Element Analysis chladni Patterns VIBRATION RESONANCE
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四边自由矩形板横向振动的近似解及其实验 被引量:8
14
作者 付江松 徐鉴 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期92-97,107,共7页
针对四边自由矩形板横向振动目前没有精确解的问题,构造出四边自由矩形板横向振动振型函数的一种近似解。由于矩形板发生横向振动时会形成驻波,按不同的驻波类型,我们采用不同的组合级数对驻波所反映的矩形板振型函数精确解进行逼近,进... 针对四边自由矩形板横向振动目前没有精确解的问题,构造出四边自由矩形板横向振动振型函数的一种近似解。由于矩形板发生横向振动时会形成驻波,按不同的驻波类型,我们采用不同的组合级数对驻波所反映的矩形板振型函数精确解进行逼近,进而得到了四边自由矩形板振型函数的近似解。为了验证近似解的有效性,搭建了四边自由矩形薄板横向振动的实验平台。通过简谐激励得到了薄板在0~2 000 Hz频带内的一系列二维驻波图形(克拉尼斑图)。将实验结果(克拉尼斑图)与近似解得到的驻波图形相比,发现两者从定性、定量两方面均吻合得较好,从而验证了近似解的正确性。 展开更多
关键词 四边自由矩形板 克拉尼图形 驻波 振型函数 近似解
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探究声音可视化的克拉尼板的改进 被引量:1
15
作者 胡静 周甜甜 +6 位作者 李心悦 李子豪 毛紫怡 何晚晴 陈沁霞 张慧 杨金虎 《大学物理实验》 2022年第6期55-58,共4页
本实验改进了传统的克拉尼板实验。改进后的装置增加手机蓝牙连接,以智能手机中的phyphox软件和钢琴软件作为声源,替换了实验室中的声源装置,增加了问题的探究范围。从铝板的厚度、大小、形状等多方面探究影响克拉尼图案形成的因素。改... 本实验改进了传统的克拉尼板实验。改进后的装置增加手机蓝牙连接,以智能手机中的phyphox软件和钢琴软件作为声源,替换了实验室中的声源装置,增加了问题的探究范围。从铝板的厚度、大小、形状等多方面探究影响克拉尼图案形成的因素。改进后的克拉尼板实验增加了实验中的互动性,激发了学生探索欲望,增加了学生对一维驻波和二维驻波形成与传播的认识。 展开更多
关键词 克拉尼板 教具改进 声音可视化
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用于振动模态可操纵性的克拉尼图形拓扑优化设计
16
作者 薛亮 文桂林 +1 位作者 Fengwen Wang Niels LPedersen 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期172-184,共13页
经典克拉尼图形(Chladni patterns,CP)是特征向量的视觉表示,在振动分析、乐器设计、粒子操纵和分离等领域中具有广泛的应用.均质结构通常会表现出高度规则化的CP,这限制它们的应用场景.因此,实现面向应用来逆向设计结构的CP是非常重要... 经典克拉尼图形(Chladni patterns,CP)是特征向量的视觉表示,在振动分析、乐器设计、粒子操纵和分离等领域中具有广泛的应用.均质结构通常会表现出高度规则化的CP,这限制它们的应用场景.因此,实现面向应用来逆向设计结构的CP是非常重要的,而这可以通过使用拓扑优化来实现CP的逆向设计.本研究提出了一种使用基于密度的拓扑优化算法来设计结构CP的方法.优化列式中,给出了描述图形的指标函数,并以最小化特征向量和目标CP之间的误差构建了优化目标.数值结果表明,所提出的方法可以为指定的单阶或多阶CP生成新颖的材料分布.这表明了本文所提出的方法能够实现CP的精确定制设计,进一步为面向应用的需求提供了更多选择. 展开更多
关键词 定制设计 面向应用 逆向设计 指标函数 特征向量 拓扑优化 可操纵性 振动模态
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