利用水下散射场测量橡胶弹性模量的方法研究

橡胶是减振降噪的主要材料之一,对其材料性能的掌握是进行结构设计的前提,针对中高频率下橡胶材料弹性模量测量标准的空白,提出一种新的测量方法。在自由场条件下,通过测量橡胶球的散射声场,计算散射场的勒让德展开系数,建立反演模型,求解橡胶球的声学参数,再根据材料参数之间的转换关系来获得弹性模量。实验结果表明,所测橡胶球的动态弹性模量在中高频上的变化规律与已知的结论一致,目标的反演散射声场与测量的散射声场符合较好。     

中高频段下的粘弹性材料声学参数测量

为了实现粘弹性材料在高频段上的声学参数测量,提出一种自由场测量方法,通过测量目标的水下散射声场指向性,计算目标散射场声压的前几阶勒让德系数,建立以目标的材料声学参数为变量的数学模型,并运用遗传算法进行参数反演.仿真结果表明以铝球的杨氏模量(E)为例,不存在声场误差的情况下反演精度可达0.0014%,铝球散射场的实验数据也提供了较高的参数反演精度.将此方法应用于中高频段上某种成分的粘弹性材料参数测量,成功地获取了其在此频段上的声学参数.提高目标散射场的测量精度有利于目标材料反演精度的提高.此方法避免了对声压相位的测量,减少了影响精度的因素.     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构EI北大核心CSCD

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

板结构-声场耦合分析的有限元-径向插值/有限元法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-径向点插值法(Finite Element-Radial Point Interpolation,FE-RPIM)推广到板结构-声场耦合问题的结构域分析中,推导了FE-RPIM/FEM法分析板结构-声场耦合问题的计算公式。板结构-声场耦合分析的FE-RPIM/FEM法在流体域中采用标准的有限元插值函数;在结构域中采用有限元-径向点插值法,其形函数由等参单元形函数和径向点插值函数相结合构成,继承了有限元法的单元兼容性和径向点插值法的Kronecker性质,提高了插值精度。以六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的有限元/有限元法(Finite element method/Finite element method, FEM/FEM)和光滑有限元/有限元法(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method, SFEM/FEM)相比,FE-RPIM/FEM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

板结构-声场耦合分析的FE-LSPIM/FE法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-最小二乘点插值法(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method,FE-LSPIM)推广到板结构-声场耦合问题的结构域分析中,提出了板结构-声场耦合问题分析的FE-LSPIM/FEM(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method/Finite Element Method),推导了FELSPIM/FEM分析板结构-声场耦合问题的计算公式。此方法在结构域中应用四边形单元形函数和最小二乘点插值法进行局部逼近,继承了有限元法的单元兼容性和最小二乘插值法的二次多项式完备性,提高了结构域的计算精度;在流体域中应用标准有限元模型进行分析。以一六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的FEM/FEM和光滑有限元/有限元(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method,SFEM/FEM)相比,FE-LSPIM/FEM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

板结构-声场耦合分析的FE-LSPIM/FE-LSPIM法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-最小二乘点插值法(Finite Element-Least Square Point Interpolation Method,FE-LSPIM)推广到板结构-声场耦合问题的分析中,提出了板结构-声场耦合问题分析的FELSPIM/FE-LSPIM方法,推导了FE-LSPIM/FE-LSPIM分析板结构-声场耦合问题的计算公式。FE-LSPIM/FE-LSPIM方法应用有限元单元形函数和最小二乘点插值法进行局部逼近,继承了有限元法的单元兼容性和最小二乘插值法的二次多项式完备性,提高了计算精度。以一六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的FEM/FEM和光滑有限元/有限元(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method,SFEM/FEM)相比,FELSPIM/FE-LSPIM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

快速预估水下圆形角反射体散射声场的修正声束弹跳方法

针对水下圆形角反射体散射声场计算速度问题,在声束弹跳法基础上,提出了一种快速预估散射声场的修正声束弹跳法。对组成圆形三面角反射体的弧形边缘进行离散化,相邻离散点与角反射体顶点构成板块元,并与声源点构成入射声束,利用几何声学计算每条声束在角反射体反射面上的反射,同时得到反射面上每条声束"照射"后再次构成的板块元,用物理声学方法计算所有板块元的散射声场,叠加求和得到整个角反射的散射声场。通过与原始的声束弹跳法计算结果的对比,两者计算结果一致,修正声束弹跳法降低了计算量。     

珊瑚型环礁斜坡地形水下声传播特性分析

从岛礁斜坡地形条件下的声信号衰减和地形阻断效应分析出发,重点针对水下声场分布规律及其对声传播造成的影响开展研究。利用水声模型理论,结合某礁实测地形以及水文数据,建立岛礁斜坡地形下的多途声信道模型,基于Bellhop与RAM声学仿真方法,对不同地形下的声线轨迹、声传播损失以及信号时延等声场特性进行仿真分析,得出岛礁斜坡地形下的声场分布特征。研究结果表明：（1）岛礁斜坡地形是影响其声传播模式的关键因素;（2）斜坡外缘浅海区域的目标不易被岛礁斜坡顶端的声呐所探测; （3）陡坡地形对浅海声源的声传播有利,当声源深度足够大时,缓坡地形下的本征声线数目能够达到在陡坡地形下的5倍,对声传播有利。以上研究结果可为岛礁区水下声场的特性分析以及水下声学对抗等实践应用提供理论基础和技术参考。     

水下刚性角反射器散射特性

为了分析水下角反射器的声散射特性,提出了一种计算水下凹面目标散射声场的方法。采用ANSYS软件构建水下角反射器实体模型,再利用声学分析软件SYSNOISE对其远场散射声场进行仿真。计算了二面角反射器的目标强度,并与声束弹跳法和板块元法的计算结果进行对比,验证了该方法的适用性和精确性。对三面角反射器的散射特性进行了分析,得到了不同声波入射角度下的目标强度、目标强度随频率的变化规律以及散射方向图,结果表明,正方形角反射器的目标强度最大,三角形角反射器的散射宽度最大,角反射器目标强度不存在明显的频率效应。计算了八面角反射体的方向图,计算结果表明角反射器组合可以有效增大目标强度和散射宽度。     

近场声全息测量阵架的设计与分析

全息测量系统设计的关键是测量全息面测点复声压(幅值和相位)的真实数据,介绍了自行设计的近场声全息(NAH)测量的传声器线阵扫描系统.利用边界元法计算了传声器线阵架结构表面声散射对阵上传声器测量全息复声压的影响,提出了敷设吸声材料以提高测量精度的措施;对在线阵架表面敷设吸声材料后的声散射效应仿真结果表明,吸声材料能够有效...     

预紧扁挤压筒内孔变形的研究

 扁挤压筒内层套壁厚变化大，过盈装配后使内腔发生不均匀变形而超过挤压筒规定的尺寸精度，给后续修模工作带来不便。因此，从扁挤压筒的结构改进着手，考虑几何相似性，采用外形呈椭圆状的扁挤压筒内层结构代替外形呈圆形的内层结构，应用ANSYS有限元分析软件，对两种受预紧作用的双层扁挤压筒分别进行数值模拟，研究其内孔变形规律，并用物理实验加以验证。结果表明：与采用圆形的内层结构相比，采用椭圆形状的内层结构其内孔变形量在整个圆周上分布较均匀，这为扁挤压筒修模工作带来了方便，同时也使模具的制造精度得到提高。     

薄壳目标的多基地声散射特性研究

文章对水中薄壳目标的多基地声散射特性进行了理论仿真与试验测量研究。首先采用有限元耦合边界元和基尔霍夫(Kirchhoff)近似积分两种不同的数值计算方法对内部充气球冠圆柱壳的多基地声散射特性进行建模仿真,然后通过目标在消声水池的散射声场试验测量验证仿真结果的有效性。采用相同的数值计算方法对Benchmark模型的多基地散射声场进行仿真计算,分析多基地(全向)声散射特性及散射机理。结果表明,水中目标多基地散射的回波强度与回波结构与多基地分置角相关,且回波亮点的主瓣宽度也随多基地分置角变化而变化;Benchmark模型的艇体和指挥舱之间存在强烈的干涉作用,使多基地(全向)散射声场的竖状条纹发生倾斜。研究为水下目标的多基地探测提供理论支持。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

Electroacoustic evaluations of 1-3 piezocomposite SonoPanel(TM ) materials

An advanced configuration 1-3 piezocomposite, designated by its manufacturer as SonoPanel(TM), has been investigated for potential underwater acoustical applications. In-air electromechanical characteristics and in-water acoustical properties of the SonoPanel(TM) were experimentally examined. The in-air impedance measurement results showed the existence of parasitic modes in the composite panel in addition to the expected thickness mode. This modal behavior is identified to be related to the piezocomposite structure. In-water acoustical properties of the new 1-3 piezocomposite panels were investigated as a function of temperature, hydrostatic pressure, and frequency. The effect of underwater explosive shock on the acoustic responses showed no detrimental effects in mechanical structure or acoustical performance of the piezocomposite panel. Linearity with electrical drive level and hydrostatic pressure stability of the 1-3 piezocomposites also were established. These results suggest that the SonoPanel(TM) piezocomposite material is potentially useful for underwater acoustical applications, particularly in applications in which large area coverage is desired.     

弹性球壳声散射对矢量传感器测向精度的影响

由无指向性的声压传感器和具有偶极子指向性的振速传感器组成的矢量传感器,被应用于水声技术的各个领域;在实际应用过程中,常常把矢量传感器固定在某个水下平台上,而平台产生的散射场会使矢量传感器的接收声场发生畸变,进而影响其测量结果。本文以实际应用为背景,建立了弹性球壳障板的声散射场对矢量传感器测向性能影响的模型,并通过仿真分析了不同入射频率、不同观察距离、不同球壳厚度和半径条件下障板对矢量传感器测向精度的影响,研究结果为矢量传感器在水声测量中的应用提供理论支撑。     

气垫隔声结构水中隔声性能分析

提出气垫隔声结构形式,与以橡胶阻尼材料为基体的隔声去耦瓦相比,气垫隔声结构具有孔隙率大的特点,能更好的隔声去耦。用解析方法分析无限、有限气垫隔声结构在水中的隔声性能,研究板厚与中间层特性声阻抗对隔声量的影响并分析无限结构与有限结构的差别。结果表明：在水中的隔声曲线中没有在空气中因“质量―弹簧―质量”共振造成的隔声低谷现象,且在低频时有限结构的隔声性能较好。行波管声学试验测试了气垫双层板结构的低频隔声性能,证实气垫隔声结构在水中的隔声效果和其在水中声学性能的正确性。