水压载荷作用下正交各向异性圆柱壳自由振动分析

复合材料圆柱壳质量轻、力学性能好,在水下无人潜航器(unmanned underwater vehicle, UUV)的耐压壳方面具有广阔的应用前景,掌握其在水压载荷作用下的声振特性对UUV的声隐身设计至关重要。本文基于Flügge圆柱壳理论,采用波传播法,开展了在水压载荷作用下的正交各向异性圆柱壳自由振动研究。运用牛顿迭代法求解水下正交各向异性圆柱壳的特征频率,并通过与COMSOL有限元仿真对比,验证了理论模型的正确性。结果表明,浸没圆柱壳受流固耦合与水压载荷共同作用,特征频率减小,模态振型发生改变。本文还对圆柱壳进行参数化分析,系统研究了薄壁圆柱壳的长径比、厚径比以及材料参数对圆柱壳特征频率的影响规律。本文的研究结果为UUV耐压壳水下声振特性分析提供了理论依据和数据参考,对UUV声隐身设计具有重要意义。

SAW压力传感器声传播方向特性研究

针对高温恶劣环境下对压力参数的测量需求,结合目前氮化铝(AlN)和蓝宝石(sapphire)等耐高温材料,构建了一种叉指换能器(IDT)/AlN/Sapphire结构的声表面波(SAW)传感器模型,并采用有限元法(FEM)分析SAW在c轴取向AlN薄膜上分别沿a方向(〈11-20〉)和m方向(〈1-100〉)传播时的器件性能,包括AlN和IDT的厚度对声速和机电耦合系数的影响,以及不同方向传播时SAW压力传感器灵敏度的变化。实验结果表明:表面波沿a方向传播的传感器相比于m方向明显具有更高的声速与机电耦合系数,2个方向的传感器灵敏度分别为435.37×10^(-6)/MPa和426.29×10^(-6)/MPa,a方向灵敏度略大于m方向。此研究工作为之后的传感器设计制造提供了一定的参考价值。

聚乙烯与聚丙烯中空间电荷注入特性的比较

为研究聚乙烯与聚丙烯中空间电荷注入特性,比较不同电极材料对空间电荷注入特性的影响,使用激光诱导压力波法研究了不同电极材料下2种试样中空间电荷注入及迁移情况,电极选取的是掺有碳黑的乙烯与乙酸乙烯共聚物半导电电极和铝电极。试验结果表明:在使用半导电电极的情况下聚乙烯及聚丙烯试样均有空间电荷的注入与迁移,其中聚乙烯试样中载流子的迁移率要明显高于聚丙烯试样;对于蒸镀有铝电极的2种试样则空间电荷注入明显减少;2种试样在不同电极情况下载流子在阴极的注入量均要大于阳极处的注入量。针对上述现象该研究从能带理论出发给出了相应解释:试样材料电子亲和力越高越容易注入电子;电场作用下材料能带的倾斜造成了载流子注入量在阴极和阳极处的差异;试样中载流子迁移率的差别则是因为材料内部陷阱数与深度的不同造成的。

基于波动法的静水压力下功能梯度圆柱壳振动特性研究

文章研究了连续静水压力下,水下功能梯度(FG)圆柱壳的振动特性。在Flügge理论的基础上,考虑流体的影响,利用波动法推导出了水下FG圆柱壳耦合系统的振动方程。通过变换轴向波数,得到不同边界条件下FG圆柱壳的固有频率值。在经过与各向同性圆柱壳的固有频率的分析结果进行对比、验证了文中研究的有效性和正确性的基础上,讨论了静水压力下的FG圆柱壳的固有频率。通过算例,分析了连续静水压力下,材料组分、壳体厚度与半径比、边界条件等因素对FG圆柱壳的固有频率的影响。

固体绝缘介质中空间电荷分布测量技术及其在电气工业中的应用

高压直流输电应用广泛、前景开阔,然而电缆材料内部空间电荷的存在成为了限制其发展的难点之一。为此综述介绍了固体绝缘电介质中空间电荷分布测量技术的历史发展过程,并详细介绍了主要的3种非破坏性实验方法的物理模型与实验技术,包括压力波传播法(PWP法)、电声脉冲法(PEA法)、热扩散法(TSM法)等。并针对不同的绝缘试样介质(例如平板、同轴圆柱等),详细介绍了各种方法的物理原理与具体测量技术。PWP法和PEA法的实验技术已经基本定型,并已经发展出了可在实际工业应用的真实长电缆空间电荷的测量技术。热扩散法相对应用较少,主要介绍了适于较厚介质的热阶跃法及其数据处理和实验难点。然后比较了这几种方法的特点,并分析讨论了目前所存在的主要问题,最后对于空间电荷测量技术的前景与发展趋势作了一些展望与猜测。

固体电介质中空间电荷分布与极化分布的测量方法及其比较

目前有两种主要的固体电介质中空间电荷分布与极化分布的测量方法，压力波法（ＰＷＰ法）与电声脉冲法（ＰＥＡ法），本文介绍了这两种方法的基本原理与测量技术。用激光感应的压力波法（也叫ＬＩＰＰ法）和用氟聚合物压电薄膜的电声脉冲法对同一个已极化的Ｐ（ＶＤＦＴｒＦＥ）试样进行了极化分布的测量，并对实际测量结果进行了比较与讨论。

考虑流固耦合的管内压力波传递特性分析

考虑流体的科氏力、离心力以及迁移力,导出直管14方程的流固耦合模型,建立不同管段间的角度转换矩阵和流体压力波透射边界的传递矩阵,并验证了该模型及算法的正确性。通过改变介质参数、流体边界条件以及管段间的夹角,对流固耦合作用下的管内压力波传递特性的影响规律及其特征进行了分析和研究。结果表明,由于流固耦合的作用,即使流体在透射边界时,弹性管内亦会出现一定的驻波,且管内介质及管道属性越相近,驻波现象越明显;流固耦合对压力波的影响在流体为"绝对硬"边界时达到最大;当管道强制流体改变运动方向时,由于Burdon耦合的作用,使得压力波的频域响应共振峰增多,并且这些新增的共振峰受转角影响更为明显。

有限潜深状态下圆柱壳固有振动特性分析

基于波传播法和虚源法,建立有限潜深状态下圆柱壳-声场耦合数学模型,并考虑了自由液面和流体静压的影响。采用数值方法求解耦合系统特征方程,得到了有限潜深状态下圆柱壳的模态频率。数值分析表明:较无限域中圆柱壳模态频率特性而言,自由液面的存在致使结构模态频率相应增大,而流体静压则使得结构模态频率相应减小;当潜深较小时,自由液面的影响相对较显著,而当潜深较大时,流体静压的影响相对较显著;流体静压对有限潜深状态下圆柱壳各阶模态频率特性的影响程度不尽相同,从而导致在一定潜深条件下,圆柱壳模态频率阶次出现变化;当潜深较大时,圆柱壳面临失稳。

塑料大棚结构风振响应规律研究

为研究塑料大棚结构的风振响应规律,提出了塑料大棚结构风振响应分析的被研究块体方法,推导了塑料大棚骨架结构单元段的段间内力计算公式,设计了被研究块体构成方式,构建骨架结构中被研究块体的力学模型,给出了被研究块体方法实现过程;采用等截面圆柱杆的波动传播算例,验证了方法的有效性。在同时考虑平均风和脉动风作用、仅考虑脉动风作用、仅考虑平均风作用的3种工况下,针对不同跨度塑料大棚骨架结构的风振响应进行时程分析,得到骨架结构的节点位移和截面应力空间最大值的出现位置。结果表明:节点位移和截面应力均为脉动风荷载作用的计算结果明显大于平均风荷载作用的计算结果。因此,塑料大棚结构的风振响应分析需要考虑脉动风荷载的作用。

绝缘电介质薄膜中空间电荷分布测量技术的研究进展

绝缘电介质薄膜广泛用作为高压电气设备中的绝缘材料和传感器件中电介质功能材料,如果用在直流高压应用条件下,空间电荷分布是其重要的特性表征。如果用于功能电介质,空间电荷分布是其功能实现的决定性因素之一。为此总结了厚度为数微米至几十微米的薄膜电介质中空间电荷分布测量方法的研究进展,按照测量的空间分辨率分别介绍了压力波法、热扰动法、电声反射法和基于飞秒脉冲激光器光电测量方法的测量原理。比较了这几种测量方法的特点,讨论了影响测量分辨率的几个关键因素:如对介质的扰动方式、对介质响应信号的探测方式以及对响应信号处理的解卷积方法。压力波法和热扰动法是其中较为成熟有效的测量方法,分辨率介于亚微米及数微米之间,扰动方法及信号监测都相对容易实现,而热扰动法虽然较容易实现亚微米分辨率,但数据处理较为繁琐。目前还处于试探阶段的电声反射法的测量基于网络分析仪,具微米级空间分辨率。基于飞秒脉冲激光器光电测量法是对传统压力波法或电声脉冲法的改进,通过太赫兹窄脉冲扰动,利用光电方式实现极高带宽测量,能够实现数十纳米级空间分辨率。

静水压力下功能梯度圆柱壳稳定性研究

文章研究了静水压力下功能梯度圆柱壳的稳定性特性。该文在Flügge理论的基础上,通过变换轴向波数,先后采用波动法和牛顿迭代法得到不同边界条件下FG圆柱壳的固有频率值。最后利用线性拟合方法得到水下FG圆柱壳的临界压力。在经过与各向同性圆柱壳的分析结果进行对比,验证了文中研究的有效性和正确性的基础上,讨论了水下FG圆柱壳的临界压力。通过算例,分析了材料组分、体积分数、边界条件、壳体尺寸等因素对水下FG圆柱壳临界压力的影响。

水中冲击波与弹性薄板耦合作用的研究

对水中冲击波与弹性薄板的流固耦合作用进行了研究,建立了实验装置。利用全息干涉法定量测量了水中动态流场,并测出受水中冲击波作用的弹性薄板在不同时刻的变形,得出相应的全息干涉条纹图。同时利用有限元法对水中冲击波与弹性薄板的流固耦合问题进行了数值计算。研究结果表明,用实验方法能够较好地模拟水中冲击波与弹性结构的耦合作用,用有限元法计算水中冲击波传播问题是可行的。

激光引致激波传播规律的数值研究

空气光学击穿的激波流场结构的研究是激光与物质相互作用研究领域中的重要组成部分。利用光线追踪法,采用解耦的辐射输运方程,数值求解含能量源项的流体控制方程,对空气光学击穿诱导激波的传播过程和随时间演化规律进行了研究。通过线形拟合,给出了激波传播的后期阶段激波半径随时间的变化关系。流场中的超压波形有几个峰值,由多列压缩-稀疏波组成,并且强度越来越弱。研究结果可为激光应用技术提供一定的理论支持。

模型电缆空间电荷测试方法研究

介绍了直流电场下电缆绝缘的电场分布,阐述了模型电缆空间电荷测试的重要意义。分析了PEA法和PWP法空间电荷测试方法原理,在此基础上对PEA法模型电缆空间电荷测试方法存在的问题进行分析,并探讨了PWP法模型电缆空间电荷测试方法的优越性。

长输油管线泄漏实时监测系统的研制与开发

在一定长度的管线两端安装传感器 ,测量出由于漏油而产生的负压力波 ,根据负压力波传到两传感器的时间差计算出漏点的位置。由于考虑了负压力波在传输介质中的传播速度与温度的关系 ,使漏点定位更加准确。该系统采用了流量与压力联合判断法 ,排除了电磁、调泵、调阀而产生的信号干扰 ,误判率大大降低。采用了 GPS卫星定位系统统一了各测点的基准时间 ,使负压力波传到管线两端的时间差的测量准确无误 ,利用电话线传输各测点的信息 ,减少了系统的成本。

同轴结构中压力波法测量空间电荷分布的物理模型研究

从压力波法测量平板样本中空间电荷分布的理论分析出发,提出了对于同轴结构的固体电介质中空间电荷分布的压力波法测量的物理模型,并得出了测量电流的解析的数学表达式.依据泊松方程,考虑样品内的电场强度、介电常数和空间电荷密度随外界声波扰动而发生变化,将圆柱试样受到的压力波的影响分解成样品形变和质点位移两部分,进而得到了以同轴结构中空间电荷分布的压力波法测量的电压与电流表达式.测量电流的数学表达式表明,对于同轴结构,压力波法的测量电流信号不像平板结构中那样基本正比于空间电荷分布,而是应该做进一步的修正处理.

从接地端取信号的便携式压电压力波法空间电荷测量系统设计与实现

提出了一种新型的从接地端提取信号的测量方案,从原理层面解决传统测量方案中从高压端取信号操作危险性高的缺陷。基于压电压力波法基本原理,设计复合探头并据此完成了便携式空间电荷测量系统的搭建。该测量系统可灵活应用于多种场合:在不外加高压的情况下,可独立完成不同厚度的聚乙烯平板样品内部空间电荷分布情况测量;若需要外加电压,也可与现有的高压源进行组合测量。实验结果表明:与传统从高压侧取信号的测量方案相比,该测量系统具有相同的空间分辨率且测量灵敏度相近。

A novel approach for predicting inlet pressure of aircraft hydraulic pumps under transient conditions

Cavitation caused by insufficient suction is a major factor that influences the life of aircraft pumps. Currently, pressurizing the tank can solve the cavitation problem under steady largeflow conditions. However, this method is not always effective under transient conditions(from zero flow to full flow in a very short time). Moreover, to apply and design other measures, such as a boost impeller, the suction dynamics during the transient period must be investigated. In this paper,a novel approach based on the pressure wave propagation theory is proposed for predicting the inlet pressure of an aircraft pump under transient conditions. First, a dynamic model of a typical aircraft pump is established in the form of differential equations. Then, the transient flow model of the inlet line is described using momentum and continuity equations, and the governing equations are discretized by the method of characteristics and the finite difference method. The simulated results are in good agreement with the results from verification tests. Further simulation analysis indicates that the wave velocity and transient time may influence the inlet and reservoir pressure as well as the size of the inlet line. Finally, solutions for upgrading the inlet pressure are discussed. These solutions provide guidelines for designing inlet installations.

水下环肋圆锥壳临界压力—频率特性分析

[目的]为了揭示水下环肋圆锥壳临界压力数值模拟的物理机理,对比试验测量方法的准确性,[方法]基于Flügge壳体理论,结合波传播法和Galerkin法研究水下环肋圆锥壳临界压力与固有频率之间的关系。采用刚度均摊法,将环肋的等效刚度代入壳体振动方程,计算得到固有频率及临界压力。[结果]研究表明,水下环肋圆锥壳固有频率的平方随静水压力的增大呈近似线性递减的关系,环肋圆锥壳的临界压力随环肋弹性模量、厚度、高度的增大而增大,且环肋对固有频率的影响显著。[结论]采用的计算方法准确、有效且方便简捷,可为水下环肋圆锥壳临界压力的无损预报提供新的求解方法与思路。

基于压电诱导压力波法测量高压强状态下低密度聚乙烯中空间电荷分布的实验系统

介绍了一种基于压电诱导压力波法(Piezo-electric Induced Pressure Wave Propagation,PIPWP)搭建的空间电荷测量装置,该装置中以压电陶瓷片作为声脉冲发生器的核心部件.结合该测量装置并利用安装在平板硫化机上的圆台形模具,对线性低密度聚乙烯平板样品在施加电场的同时外加静态高压,样品受到的压强可实现从0到100 MPa的可调.样品在高压强的作用下被压缩,利用该系统对压缩前后样品中的空间电荷分布和注入情况进行了测量.