基于Biot理论的饱和砂质沉积物声传播模型及耗散机制分析

为研究海底浅表砂质沉积物的频散特性,利用由多孔介质理论发展而来的Biot模型、Biot-Stoll模型和附加接触喷流与剪切拖曳的Biot-Stoll模型(BICSQS模型),对比三种声传播模型描述下的典型砂质沉积物中纵波和横波频散特性,分析了模型中不同耗散机制对其声频散关系的影响;结合实测数据探讨了各模型对砂质沉积物的适用性。结果表明,沉积物的声频散特性是不同耗散机制共同作用的结果,不同频段内的主要耗散机制不同,相同频段内耗散机制对纵波和横波的传播影响亦不同;随着频率的增加,相比Biot和Biot-Stoll模型的预测结果,砂质沉积物的实测声速和衰减系数表现出更高的频散趋势,而BICSQS模型可更合理地预测和解释试验现象,适用性更好。

基于Lighthill声类比理论的喷水推进泵不稳定流动诱导噪声的数值研究

喷水推进泵内部不稳定漩涡流态对舰船推进系统的稳定性和噪声具有重要的影响,为了研究多工况下的流动特性及流致噪声机理,采用了计算流体力学(CFD)与计算声学(CA)耦合数值模拟的方法,针对喷水推进泵的不同的运行工况进行了精细化非定常数值模拟,并与实验结果进行了验证。基于非定常数值模拟结果,将叶轮表面旋转偶极子与导叶表面固定偶极子的CGNS数据作为声源,采用BEM法开展了一系列的内声场及外声场声振耦合计算。研究结果表明:喷水推进泵压力脉动的幅值从叶轮进口处到导叶出口处逐渐减小;在额定工况下,喷水推进泵内部的压力脉动系数的最大值都出现在一阶叶频附近,叶片通过率是幅值的主要影响因素;随着流量工况减小,一些监测点在低频范围内的压力脉动超过一阶叶频处的值,成为主频;随着流量减小,喷水推进泵内部压力脉动幅值明显增大,内声场的声功率级随之上升,外声场声振耦合的声压级也随之增大,且呈现出明显的偶极子特性,本文的研究结果为舰船喷水推进泵的低振低噪设计和运行提供了理论基础。

一种考虑微观结构的磁声发射理论模型

磁声发射是评价铁磁性材料力学性能的一种重要无损检测方法,然而鲜见磁声发射理论/数值模型的报道。本文提出了一种考虑微观结构(位错密度、晶粒尺寸)的磁声发射理论模型。通过数值计算,研究了磁化结构参数和微观结构参数对磁声发射信号包络的影响。之后,重点对磁声发射理论模型的合理性进行了验证。基于不同硬度试件上测得的磁声发射信号,利用遗传算法对理论模型中的动态磁滞参数和磁化结构参数进行了反演。结果发现,在反演参数下理论模型计算得到的磁声发射信号与实验信号吻合较好,且关键磁滞参数的反演值与理论值最大误差小于15%。因此,提出的理论模型可用于磁声发射信号的预测。

基于Lighthill声类比理论的离心泵流动诱导噪声的数值模拟

基于Lighthill声类比理论,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对离心泵内部声场进行了求解。首先采用SST SAS湍流模型对离心泵内部流场进行了三维非定常计算,并导出声源信息,然后在流场计算的基础上进行声学求解,比较研究声学边界元法和声学有限元法在应用时的优劣。结果表明:蜗壳隔舌附近压力脉动强度最大、声压级最高,叶片通过频率及其倍频是各监测点上压力脉动的主频,叶轮与隔舌间的动静干涉作用是离心泵流动诱导噪声的主要原因;随着流量的增加,总声压级逐步减小,在效率最高工况点上达到最小,随后上升,偏离效率最高工况点越多,宽频分量越明显;声学有限元法对离散噪声的预估比较有优势,能综合考虑湍流噪声的各种声源,对内流场宽频噪声问题的研究更占优势。

高速铁路声屏障动力特性试验与理论研究

研究目的:为更好地指导高速铁路声屏障结构设计与性能评估,通过开展声屏障结构动力响应现场试验,分析动力作用的传递方式,识别钢立柱与单元板等主要构件的动力行为,揭示声屏障动力作用机理,并进一步构建声屏障非线性动力分析模型,讨论板-柱连接刚度对结构动力性能的影响,研究声屏障结构频响特性,提出声屏障动力性能提升的相关建议。研究结论:(1)列车气动荷载作用下,立柱和单元板分别以弯曲振动和刚体运动为主,结构呈现非线性振动特征;(2)提出的高速铁路声屏障结构动力分析模型揭示了非线性振动作用机理,理论分析与现场实测结果基本吻合;(3)板-柱连接刚度是表征单元板约束状态和影响结构动力响应的关键参数,建议增加板-柱连接刚度相关控制要求;(4)声屏障结构动力分析方法可用于指导声屏障结构的优化设计与性能评估。

基于理性扩展热力学的L-S热声弹性理论框架

本文基于连续介质力学和理性扩展热力学分析流程,将L-S(Lord and Shulman)热弹性理论与声弹性理论相结合,建立L-S热声弹性理论的基本框架,包括运动学、力学与热力学、本构方程与演化方程、基本场方程四部分。在运动学部分,区分了Lagrange描述和Euler描述,以及3种不同的状态和构形,同时针对热声弹性情况定义了两类从自然状态到初始状态的转变过程;在力学与热力学部分,给出了质量守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律、能量守恒定律以及熵产不等式,从而引出经典不可逆热力学的局限性;在本构方程与演化方程部分,介绍了扩展不可逆热力学原理,并基于理性扩展热力学流程,推导了从自然状态到初始状态、从初始状态到最终状态的热声弹性本构方程与演化方程,将热流作为本构自变量并考虑了热流与应变和温度的相关性;在最后一部分给出了基本场方程的运动方程形式和适用于数值模拟的一阶速度-应力-热流-温度微分方程。

轻型木结构楼盖系统的空气声隔声测试理论计算与研究

针对轻型木结构建筑楼盖中存在的隔声问题开展相关楼盖声学研究,探索一种有效解决建筑楼盖隔声问题的方法。以一幢二层轻型木结构建筑同一间卧房中的一种普通楼盖和3种浮筑楼盖为研究对象,采用空气声隔声条件下的标准白噪声与音乐噪声激励测试法,对其开展结构设计、理论验算和现场隔声测试,并开展其隔声量、声压分布特性频谱、噪声源频率特性、隔声声压级倍数关系及其隔声机理等分析。结果表明:3种浮筑楼盖的空气声隔声量整体比普通楼盖提高1~2dB(A);音乐噪声激励条件下,普通楼盖隔声测试值比白噪声激励条件下低2~3dB、3种浮筑楼盖隔声测试值低3~4dB;软木板浮筑楼盖在中高频段隔声效果较好,BGL浮筑楼盖和EPP浮筑楼盖在中低频段的隔声效果较好。研究提出的木结构建筑楼盖系统隔声性能优化设计与检测方法,可以更好地满足住户居住舒适度。

基于SOLO分类理论的中学物理单元进阶教学——以“声现象”单元为例

针对当前学生核心素养的培养需求,对课程标准和教材进行了解读和梳理,在学习进阶与SOLO分类理论的指导下,以初中物理“声现象”单元为例,依据学生课前基础设定进阶起点,结合SOLO理论划分进阶层级,确立进阶终点,组织教学内容,规划教学进阶活动,给出了学生在“声现象”方面物理学科核心素养的进阶式培养路径.

多层微穿孔板吸声性能的理论分析与参数优化

论文基于微穿孔板理论对单层、双层、三层微穿孔板在声波频率为0~1500 Hz下的吸声性能进行分析,运用声电类比法和传递矩阵法分别计算双层微穿孔板、三层微穿孔板的吸声系数。首先使用控制单一变量法对影响微穿孔板吸声性能的各个参数做定性分析,确定各个参数与吸声性能是正相关还是负相关,其次使用有限元软件COMSOL Multiphysics对微穿孔板的吸声系数进行仿真计算,将有限元仿真的结果与数值仿真的结果进行对比,从而验证数值仿真的可靠性,再使用主成分分析法对微穿孔板的各个参数对吸声性能的影响进行定量分析,确定微穿孔板各个参数对第一吸声峰值对应频率的影响程度,给实际工艺中减小第一吸声峰值的频率提供理论的指导,最后通过改进遗传算法优化多层微穿孔板结构,给微穿孔板各个参数取一个合理的值使多层微穿孔板在0~1500 Hz下具有良好的吸声性能,优化后的结果表明随着微穿孔板层数的增加其对低频声波的吸收能力会有所增强。

从电影声景到声景电影:基于声景理论的电影声音探究

声景理论在电影中的应用在21世纪以来得以开展,电影声景的跨学科属性体现在电影、声音以及听觉文化研究等方面,至少包含被电影客观记录下来的声音文献、电影声音设计层面的整体声音观和总谱观、电影视听美学意义上有着具身沉浸感的空间感知体验和审美经验、电影中呈现出的声音环境与人的关系以及电影声音与观众的结构关系几个向度。近年来以《工作与时日》为代表的电影,用电影声景实验拓展了电影声音的创作空间和艺术表现力。

基于通感理论的美岱召声景交互体验设计

目的在了解美岱召文化的基础上,将通感理论与体验设计相融合,使用情感材料建立建筑与音乐之间的转换关系,充分利用人们记忆、经验、感知,产生新体验,以此指导美岱召建筑(景观)与音乐(声音)交互体验设计研究。方法将通感理论的转译设计方法和体验设计的思维方式相融合,针对美岱召建筑的特色研究,利用用户情感感知和周边环境引导,进行系统的体验设计服务。结论人对音乐与建筑的交互是双向运行的,利用人的情感主动引导交互体验的变化与升级,可以提供愈加丰富的定制化通感、情感体验,拓展通感体验的感知维度和情感体验深度,产生情感共鸣,推进美岱召建筑文化的传承与发展。

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。

大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测

为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.

气动声学Lighthill方程的Kirchhoff积分解分析

Lighthill的声类比(acoustic analogy)是目前气动声定量预测中应用最为广泛的一种方法。使用非齐次波动方程的Kirchhoff积分公式对Ligthhill方程进行求解。Kirchhoff公式中的延迟时间表示不同位置点声源对场点声压叠加时的相位作用,推导时强调延迟时间函数的导数运算。基于Kirchhoff积分公式对于有物体存在于流场中的情况,详细推导了Curle解,并对Curle公式中的各声源项进行了分析。文章有助于气动声学初学者正确地认识声类比理论,加深对Curle公式的理解。

基于大涡模拟和Lighthill声类比的孔腔流动发声特性研究

孔腔流动发声是气动声学研究领域重要的课题,基于大涡模拟和Lighthill声类比方法,探讨了气体在孔腔流动的流激噪声的发声特性。模拟结果表明,孔腔边界层出口剪切涡、边棱处涡街和腔体内反馈涡的运动诱导了孔腔发声,具有明显的偶极子特性,在高频段腔体内激发了声学驻波模态。通过模拟与实验对比分析了不同流量下噪声量级以及频谱分布规律,研究结果表明:24 kHz以下的声频谱会表现出波峰小范围迁移;24 kHz以上频率对应的声压级随流量增大而增大;腔体长度和特征频率近似满足Strouher公式,即声频特征频率随腔体长度的增大而减小。上述研究结果为下一步设计在线监测安全阀泄漏的报警超声波发声器提供了理论依据。

基于Lighthill声类比法的外啮合齿轮泵流致噪声特性研究

为深入了解外啮合齿轮泵运行中流致噪声规律,基于CFD和Lighthill声类比理论建立其流致噪声数值仿真模型,以研究不同转速工况下外啮合齿轮泵流致噪声特性,并搭建实验测试系统,用水听器对泵的出口2倍管径处流体噪声进行测量,以获得其时域和频域信息。结果表明:流致噪声由离散噪声和宽频带噪声构成,且基频及其倍频为流致噪声的主要频率;泵体辐射噪声的强度随齿轮转速的增加而非线性单调增长,且在1000~2000 r/min转速区间辐射噪声急剧增长(增量约20 dB);流致噪声的主频是由压力脉动的主频以及壳体的固有频率共同决定的。

基于声子晶体的周期性基础机器振动波衰减性能分析

文章利用COMSOL多物理场程序计算不同参数周期性基础的衰减域特性,探讨周期性基础对机器振动波的衰减和阻隔作用。利用商业有限元ABAQUS软件建立周期性基础机器振动有限元模型,对不同厚度、材料的周期性基础模型进行频域分析,得到周期性基础的频散关系;通过时程分析研究周期性基础机器的动力响应和振动衰减效果。结果表明:当输入波的频率处于周期性基础频率带隙内时,可以有效地减小上部机器的动力响应;当输入波的主频处于周期性基础频率带隙外时,无法减小上部机器的动力响应;不同厚度和材料的周期性基础的带隙以及对于上部机器振动的减振效果不同。研究结果为周期性基础在工业厂房机器减振中的应用提供了新的思路和方法。

声子晶体理论的钢轨吸振器设计及评估方法

针对地铁小半径曲线P2共振型波磨,使用声子晶体带隙理论的钢轨吸振器设计方法,将吸振器简化为弹簧-阻尼-质量模型,并引入到车辆-轨道耦合动力学时域分析模型中,建立车辆通过波磨段时吸振器有效减振频段及效果的评估方法。结果表明:声子晶体局域共振机理设计的吸振器,可满足车辆通过P2共振型波磨时的减振需求,且不突破吸振器安装空间限值;时域评估方法预测的吸振器有效减振频段略宽且完全涵盖声子晶体理论的带隙;与传统吸振器设计方法相比,声子晶体理论设计的吸振器的减振效果更好;吸振器有效减振频段相对较窄,一种设计很难有效应对现场不同路段P2共振频率波动导致的波磨损伤差异,这或许就是工程中吸振器效果不稳定的原因所在。

基于4C理论分析《声入人心》第一季的营销策略

《声入人心》第一季是湖南卫视打造的聚焦于美声、音乐剧与歌剧领域的原创音乐类节目,自播出以来引发广泛热议,得到行业认可并在相关小众领域产生了广泛影响。为了通过其营销策略探究节目成功原因,基于4C理论采用参与式观察等研究方法,发现《声入人心》第一季在受众需求挖掘、节目制作宣传、情感品牌塑造等方面表现突出,但同时在专业性与娱乐性的平衡、大众文化与小众艺术的融合等方面存在一些不成熟之处与次生问题。

基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜热声理论

基于热声效应,对基底厚度小于热渗透深度的石墨烯薄膜发声器进行理论和仿真研究。首先,利用石墨烯薄膜发声器的热功率平衡方程与气体中的热弹性耦合线性方程组推导出了石墨烯薄膜发声器的近/远场声压表达式。将理论计算结果与实验测试值进行对比,二者吻合良好,验证了理论模型的正确性。然后,利用仿真软件对石墨烯薄膜的近远场声压值进行了仿真计算,并将仿真值与理论值进行对比,二者有良好的一致性,验证了仿真计算方法的有效性。研究表明,石墨烯薄膜发声器的远声场为球面波,近声场近似为平面波。在远场低频段,声压级随输出声频率的增加而缓慢增大;在近场高频段,声压级几乎不受输出声频率的影响。研究结果为基底厚度小于热渗透深度情形下的热致发声器提供了理论计算和分析方法,对石墨烯薄膜声源器件的实验研究具有指导意义。