新型声学结构的吸声特性研究

提出了赫姆霍兹共振吸声结构附加吸声材料的新型吸声结构,在插入长管的赫姆霍兹共振吸声结构表面敷贴吸声材料,对其吸声特性进行了理论分析与仿真计算。结果表明,吸声材料与吸声结构的有机结合显著提高了结构的吸声效果,拓宽了吸声频带宽度。进一步研究了不同吸声材料、吸声结构的不同组合方式等因素对该新型结构吸声特性的影响,结果表明:组合结构、优化材料有助于提高吸声系数、拓宽吸声频带。     

一种电磁式声能收集器的设计

基于电磁感应和亥姆霍兹共振原理设计一种电磁声能收集器,通过声-力-电转换的理论研究和实验测试证明装置能够有效地将声能转换为电能。声能收集器由亥姆霍兹共振器和电磁换能器耦合而成,当入射声波频率与声能收集器共振频率一致,声压被亥姆霍兹共振器放大,同时声能收集器输出电压也达到最大。模拟和实验结果表明,当声能收集器工作于共振频率时,输出的电压值最大,并且输出电压与输入声压成正比。     

声光调制器换能器阵列远场声束特性研究

根据亥姆霍兹方程的远场解,为使声光调制器(AOM)换能器在输出平面上声压输出的分布模式较好,衍射光能的传输特性更好,该文研究并提出了换能器的远距离分布模型.基于该理论模型,仿真分析了远场声束截面声强分布、传输中心轴声强分布及声束束宽等换能器相关特性,并利用计算激光衍射效率的方案进行实验验证.实验表明,测试数据与该理论模型吻合,在90％的能量区域内,理论模型拟合测试数据的误差低于5％,实验条件下声光晶体在2.08 mm≤z≤3.43 mm(z为晶体中传输距离)范围内具有最佳模式转化效率.利用此模型可确定声光器件中晶体最优衍射率区域.     

大功率堆积型激光阵列光束的远场分布模型

为了合理地设计光学系统以整形大功率激光二极管阵列(High Diode Laser Stack)出射光束,必须准确了解HDLS的远场分布,然而对于HDLS远场分布的研究还不多。从亥姆霍兹方程出发,以激光二极管(Diode Laser)远场分布特性为基础,提出了一种新的半导体激光器阵列的远场分布模型,通过计算机仿真给出了简化DLS模型的远场光场变化图;模型还可表示不对称的双峰结构,有一定的现实意义。     

菱形声带振动模型远场声场特性研究

根据声带的生理结构和振动特性,提出用换能器来模拟声带振动.依据活塞声源辐射声场研究特性,提出中间开孔的菱形声带的振动模型,运用声学基本理论,采用瑞利积分法计算了声带模型振动的远场声压分布及指向性公式,仿真数值计算了声压分布规律,并分析了此声带模型辐射声场的指向性.结果表明,在音频范围内,声带宽度相同时,即在改变模型空隙宽度条件下,此声带模型声源的辐射远场声压分布与理论相符.     

半导体激光器阵列的远场分布模型和分布特性研究

从亥姆霍兹方程出发,以单管半导体激光器(LD)分布特性为基础,提出了半导体激光器阵列(LDA)远场分布模型,模型理论仿真结果与LDA实际测试数据符合地很好,实验结果表明:在LDA能量分布95%的主要区域内,该理论模型拟合测量数据的误差小于5%.且理论模型和实验结果同时证明:在传输距离达到一定值后,LDA光束截面的光强分布在平行结平面方向一直呈双峰结构.     

基于空间冲激响应的圆形换能器辐射声场研究

基于空间冲激响应的稳态声压场理论,从选取距离函数出发,建立了单阵元圆形平面换能器声场中任一场点处的基于傅里叶变换的冲激响应声场模型,该模型适用于声场中的任意位置。并运用Matlab仿真了换能器的轴向与径向声压分布,且在圆形换能器冲激响应的声压分布实验系统上进行验证,实验结果与仿真得到的声压场具有很好的一致性。实验验证表明,仿真结果可准确反映圆形换能器的空间辐射声场分布。该方法计算快捷,对于优化圆形换能器设计参数及提高超声成像检测分辨率有重要参考意义。     

吸声材料对亥姆霍兹共振器吸声性能的影响

为了研究吸声材料对亥姆霍兹共振器吸声性能的影响,基于有限元方法,运用COMSOL Multiphysics软件建立了内置吸声材料的亥姆霍兹共振器的有限元模型。仿真计算了吸声材料的厚度和流阻变化对亥姆霍兹共振器吸声性能的影响。研究发现,当材料流阻不变时,随着吸声材料厚度的增加,传递损失逐渐减小,共振频率向低频方向移动;当材料厚度不变时,随着流阻的增加,共振频率先减小后增加;当流阻增加到无穷大时,吸声材料就可以看成刚性壁,导致共振腔体积减小,形成新的共振峰。     

吸声材料厚度及流阻对亥姆霍兹共振器吸声性能的影响

为了研究吸声材料对亥姆霍兹共振器吸声性能的影响,基于有限元方法,运用COMSOL Multiphysics软件建立了内置吸声材料的亥姆霍兹共振器的有限元模型。仿真计算了吸声材料的厚度和流阻变化对亥姆霍兹共振器吸声性能的影响。研究发现,当材料流阻不变时,随着吸声材料厚度的增加,传递损失逐渐减小,共振频率向低频方向移动;当材料厚度不变时,随着流阻的增加,共振频率先减小后增加;当流阻增加到无穷大时,吸声材料就可以看成刚性壁,导致共振腔体积减小,形成新的共振峰。     

在横流放电激光器中的热效应讨论

求解了在横流放电激光器中的一维热转移方程。讨论了放电功率密度、气流速度对气体密度分布、温度分布以及光学传播特性的影响。     

嵌入消声功能的低噪声罗茨鼓风机壳体设计

为摘罗茨鼓风机"噪声王"之帽,提出了壳体与消声器一体化的理念。采取主动吸声降噪措施,从源头降低产生噪声的概率,改变现有罗茨机在产生噪声后,不得不另加消声器控制的滞后被动方法。解决了现有消声器只能降低管道内气流噪声,不能降低壳体振动对壳外空间辐射噪声的问题。采用弧形内壁一体化设计,促使噪声成为无规入射,改变现有直筒消声器掠入射方式,避免高频失效问题;巧用多层微穿孔板各层错开吸声频率,空腔深度渐变等技术,拓展消声频带,使消声量得到大幅提升。它比现有同流量、同压力罗茨机的噪声低20~35 d B(A);体积约缩小为同等参数罗茨机系统的40%,节约了成本,节省了放置空间。     

凹桶型弯张换能器有限元计算及其实验验证

用有限元法对凹桶型弯张换能器进行了建模与分析计算。首先介绍了用有限元模型分析换能器的基本理论,然后建立了凹桶型弯张换能器的轴对称有限元模型,给定换能器的材料属性与边界条件,计算其在空气和水中的导纳曲线,及其发射电压响应。分别在空气和消声水池中对凹桶型弯张换能器的导纳曲线、谐振频率及发射电压响应进行了实验测量,理论计算结果与实验测量结果基本一致。研究结果表明,用有限元模型对凹桶型弯张换能器进行建模与计算是正确有效的,它能在换能器的设计阶段就对其性能进行预报从而指导换能器的设计,并为进一步分析换能器的声辐射特性提供了表面振动位移和振速分布。     

Asymptotic Green's function of a surface magnetic current elementon a perfect electric conductor plane covered by a lossy dielectricsubstrate

Published analyses of radiation modeling for slot structures on dielectric substrate are empirical or numerical. This paper proposes exact analytical asymptotic expressions of the far-field Green's functions of a surface magnetic current element on a perfect electric conductor plane covered by a lossy dielectric substrate of finite thickness. From these expressions, the radiation pattern of both the space wave and surface wave far away from an arbitrary shaped-slot antenna structure can be calculated, provided the source distribution across the slot is known. The potentials used in the analysis are defined and their boundary conditions are expressed. The Helmholtz equation is solved in the Laplace domain and the solutions are transformed into the space domain using the inverse Hankel transform and steepest descent method. The influences of the substrate thickness and dielectric constant are analyzed using the calculated expressions. The model is validated by comparison with surface wave and space wave measurements and with numerical results obtained from a commercial electromagnetic simulator     

涡街提频振荡水柱驱动压电发电理论分析

海洋波浪能频率低(0.3～1 Hz),海浪进入振荡水柱气室压缩空气形成高速气流。在高速气流通道内放置绕流圆柱钝体,采用卡门涡街效应提高波浪能振荡水柱采集气室气压激振频率,实现高频驱动压电发电,提高海洋能量转换效率。推导波浪进入气室形成振荡的水气动力转换理论,计算了气室初级压强和流速。分析了低频高压气流经钝体形成卡门涡街高频涡流激振提频过程,计算出气压作用于钹型压电发电结构输出的电量。研究气体流速、钝体等系统参数与输出能量的关系。计算结果表明,周期为0.65～1.1 s的海浪进入气室经提频作用于钹型压电发电结构,稳定输出电能可达70～80 mW,为新型波浪能采集技术提供了理论基础。     

计算小尺度封闭空间内低频声传递函数的自适应有限元方法研究

如何求解声传递函数成为实现小尺度封闭空间可听化的关键技术。基于Helmholtz方程的有限元法能真实反映出声场内的波动现象，成为求解该问题的有效方法。基于SPR法对求解声传递函数的有限元法进行误差估计；在此基础上结合Helmholtz方程求解的误差理论，提出了求解该问题的自适应有限元法，使用该方法能预测出在各求解频率段内有限元网格的划分情况，从而能满足预先给定的误差要求；使用该方法求解了一个矩形封闭空间内的声传递函数。结果表明提出的方法是有效可行的。     

一种基于共振腔的新型水听器探究

提出了一种基于共振空气腔的高灵敏、低成本水听器。该水听器为密封的中空球形腔体,内部放置麦克风来感知从水耦合进来的声音。通过有限元仿真预测了水听器的频率响应,并证实频响曲线的特征峰依赖于空气腔共振模态、与球壳共振无关,因此,该水听器的频响特性只取决于内部空气腔尺寸。实验结果表明,该水听器的频率响应与仿真结果符合,与传统压电水听器相比其灵敏度有所提高,在共振频率处的接收灵敏度比传统压电水听器高10倍。     

FINITE DIFFERENCE METHOD FOR ELECTROMAGNETIC SCATTERING FROM PERFECTLY CONDUCTING CYLINDER

A numerical method of solving electromagnetic wave scattering problem is described.Radiation boundary condition(RBC)is applied to confine EM scattering problem in unboundedregion into problem in finite region.Combined with RBC and scatterer surface boundary condi-tion,Helmholtz equation in the finite region is solved numerically by the finite difference method.Thus the distribution of induced surface current on conducting cylinder and near field can beobtained.Computational results for both polarizations for circular,elliptic and square cylindersare presented.These results are in excellent agreement with those obtained by the eigenfunctionexpansion method or moment method and much better then the results of OSRC method.     

基于涡流锁相热成像的刹车片内部气泡检测

刹车片是汽车必不可少的制动部件,其内部气泡严重影响行车安全。传统敲击听声检测方法主观性强,检测效率低,难以满足准确高效的检测需求。基于涡流锁相热成像具有非接触、大面积检测的特点,将其应用于少金属摩擦材料汽车刹车片的内部气泡检测。采用有限元仿真探索了刹车片结构和内部气泡对相位的影响,并以背钢处相位为参考,分离出气泡存在。对刹车片试样进行检测,并采用水切割观察剖面的方法验证结果。实验表明涡流锁相热成像检测方法能有效检测少金属摩擦材料汽车刹车片的内部气泡。