消声水池声场的仿真计算

消声水池的声场计算对消声水池尺寸的确定和所敷设的吸声材料参数的选择十分重要。利用虚源方法建立了消声水池声场计算的声场模型,该模型考虑了二次反射、吸声系数随入射角变化、有指向性声源等多种情况。利用声场模型对水池的声场进行了计算,分别考虑了点声源、吸声系数随入射角变化、二次反射和指向性声源等情况。通过对不同条件下消声水池声场的计算仿真,分析了不同因素对水池自由场的影响,得到了具有一定应用价值的结论。     

饱和弹性半空间地基与中厚圆板的动力相互作用

利用Fourier-Bessel级数,对横观各向同性饱和弹性半空间地基与中厚圆板的动力相互作用问题进行了系统地分析。板的位移函数、荷载、地基反力及板下地基表面的沉降均被展开为二重Fourier-Bessel级数,这些级数中的待定系数由板的边界条件、板的控制方程及板-地基的相容条件加以确定,从而将饱和弹性半空间地基与中厚圆板的动力相互作用问题转化为数值积分和代数方程组的求解问题。数值计算表明,该级数解答具有较快的收敛速度。可以将该方法推广到弹性半空间与梁、矩形板相互作用问题的分析。     

消声水池声场仿真研究

采用网格计算方法建立了消声水池声场的低频仿真分析模型,利用该模型对消声水池中三维声场进行了仿真分析,验证了其可靠性,并将分析结果与镜像声学方法计算进行了比较.通过分析得到不同频率不同吸声效果下消声水池声场的起伏程度等参数.     

蒙特卡罗方法在无穷级数中的应用

将蒙特卡罗方法应用到无穷级数中去,证明了蒙特卡罗方法可以求收敛的无穷级数的和,也可以一定程度上判断无穷级数的敛散性.此外,通过模拟对随机变量及其参数的选择进行了讨论.     

结构-声强耦合腔振声响应预报研究

针对结构-声强耦合腔在边界激励下的响应预报问题，提出了一种基于能量原理的耦合系统响应计算方法。该方法从能量原理出发得到结构-声耦合腔拉格朗日函数形式的动力学方程，根据Rayleigh-Ritz法选择Legendre多项式级数分别将结构位移函数和声场声压函数展开，代入动力学方程并求解得到耦合腔的结构振动和声场声压响应。由于Legendre多项式满足L~2内积正交性，简化了方程中高重积分项，计算效率大大提升。以充水矩形腔为例，通过与已有研究、有限元结果对比验证了该方法的正确性。并分析了结构边界条件，背腔深度对系统响应的影响，结果表明：结构边界由强约束过渡到弱约束和背腔深度的减小都会导致响应峰值频率向低频偏移，同时背腔深度的减小还会导致由结构传递至声场的能量增加。     

矩形孔径参量阵相控非线性声场建模与实验研究

为了解决一阶抛物近似KZK方程无法直接对相控非线性声场进行建模的问题,依据原频声场准直特性构建等效参量阵原频自然指向性声场模型,建立其与原频相控声场的等效关系,将相控非线性声场的建模问题转换为等效参量阵声源条件的求解问题,同时提出算子分裂时域有限差分数值计算方法,实现了基于KZK抛物方程的矩形孔径参量阵相控非线性声场数值计算。以SES2000标准型参量声呐辐射相控非线性声场为研究对象,开展了计算机仿真和水池对比实验研究,研究结果验证了构建声场模型及其数值计算方法的有效性。     

四边弹性梁支承的矩形板非线性弯曲

本文给出四边弹性梁支承的矩形板在横向荷载作用下的非线性弯曲的重级数解。通过把板内的横向位移展成重傅里哀级数,在边界上的位移展成单傅里哀级数以及把应力函数展成广义傅里哀级数,使边界条件转化成了无穷线性代数方程,控制微分方程转化成了无穷非线性代数方程。文后给出了四边弹性梁支承和对边简支对边弹性梁支承的矩彤板非线性弯曲的计算结果。     

弹性地基上各向异性平行四边形板

推导出弹性地基上各向异性平行四边形板的控制微分方程和内力方程。并利用对称性将其分解成中心对称和中心反对称两个问题,进而对每个问题给出了两个齐次解和一个特解,通过叠加而得到用重傅立叶级数表示的全解,该解克服了过去人们用重傅立叶级数仅在一个方向用一种级数(正弦或是余弦函数)表示导致的弊端。另外还给出了加快傅立叶级数收敛速度的计算公式。     

基于同伦分析方法的随机结构静力响应求解

该文提出了一种基于同伦分析方法的求解含随机参数结构的静力响应的新方法。该方法将随机静力平衡方程重新进行同伦构造,利用含随机变量和趋近函数的同伦级数展式来表示结构的随机静力位移响应,该同伦级数的各阶确定性系数和趋近函数可通过对一系列的变形方程求解得到。由于趋近函数的引入,该同伦级数解相较于传统的摄动法有更大的收敛范围,对于含较大变异性随机参数的结构也能获得不错的求解精度。同时,该文提出了一种降维策略来提高该方法的计算效率。数值算例表明,与目前广泛应用的广义正交多项式展开法（GPC）相比,从计算精度上看,该文方法的3阶展开与GPC 2阶展开相当,该文方法的6阶展开与GPC 4阶展开相当,而计算时间上前者均明显少于后者。此外,该文方法也可以方便地应用到随机结构的几何非线性分析当中,并具有较好的计算精度和计算效率。     

高阶Ambisonics声重放系统的稳定性分析

0引言高阶Ambisonics声重放系统(High Order Ambisonics,HOA)采用空间球谐函数展开,逐级逼近理想声场的方法,记录原声场空间信息并重放一个与原声场相同或尽可能相似的三维声场[1]。重放声场的精度可以通过选择球谐展开级数来调节,重放时,可有多种不同的扬声器布置方案。因此,HOA声重放系统的效果不仅与球谐函数的阶数有关,而     

海水吸收对远距离水下声场计算的影响

低频声波在海水中短距离传播时,海水吸收对声场的影响几乎可以忽略.但是在实际传播中,传播距离可能达到数百甚至数千千米,此时海水吸收会对声场带来较大影响.在这种情况下,如果选用的水下声场计算程序忽略海水吸收,则远距离的声场计算结果会存在明显误差.分别比较了全反射理想波导和深海Munk声速剖面环境下几种常用声场计算模型的结果...     

The effect of fluid loading on acoustic pressure measurements near structures

Some of the difficulties encountered in underwater sound pressure measurements near structures are discussed. A computation is made of the sound field generated by a monopole acoustic source in the vicinity of an infinite thin elastic plate. To demonstrate the effect of fluid loading on pressure measurements, results are given for the upper half-space above the plate filled, alternately, with air and water, while a vacuum fills the lower half-space. Computed results for this model indicate that no energy bearing acoustic field can be propagated near an elastic plate when fluid loading is heavy. In such circumstances, sound pressure measurements near structures in air are not analogous to measurements that would obtain in water.     

基于有限元法的管形振子声场特性研究

利用有限元分析软件ANSYS,对管形振子的振动模态及在清洗槽中的辐射声场进行数值计算分析,并用铝箔腐蚀的方法记录了管形振子的声场分布情况。结果表明基于线性理论的ANSYS软件能够较好地预测低强度的超声场;管形振子在清洗槽中的辐射声场在径向方向出现驻波,驻波沿管形振子的轴向间断出现,驻波数等于振子的半波长数,此外作耦合振动的管形振子和非耦合振动的振子相比其辐射的声场更均匀,表明这种新型辐射器有很好的应用前景。     

层状结构水下声学特性研究

研究了钢板与橡胶共同组成的多层结构,在水、空气多重介质中斜入射时的声学特性,用传递矩阵法推导了多层结构的反射、透射系数的计算公式,并用数值方法进行求解.计算结果表明,增加消声橡胶层可以有效的降低多层结构的声反射能力,较好的达到降低目标声反射强度的目的.     

双层介质声传播问题的标准解及有限元解

文章通过双层介质中的声传播问题,研究了有限元方法在水下声场计算中的应用。基于传统的Galerkin方法推导出水下声场的有限元方程,采用四节点四边形单元离散求解物理域,可选择辐射边界条件、DtN (Dirichletto Neumann)非局部算子、完美匹配层来处理出射声场,得到有限元解。为了验证该有限元模型,需要高精度的参考解。水平不变均匀介质中的声传播问题存在解析解,但双层介质问题不存在解析解。因此,对于双层介质声传播问题,使用波数积分法推导出标准解。分别考虑了有限深度和无限深度双层介质两种情况,并进行了数值模拟。数值结果表明,文章所提的有限元模型与参考解非常吻合。此外,还发现当某号简正波的本征值非常接近割线时,简正波模型KRAKEN难以准确计算该号简正波的本征值,从而声场计算结果存在明显误差;但是有限元方法不需要计算本征值,所以当KRAKEN模型出现此类问题时,有限元方法仍能给出准确的声场计算结果,表明有限元方法在普适性方面优于简正波方法。     

聚焦超声清洗机的仿真设计与实验研究

目前,超声清洗机通常是将一组换能器排布于平面式清洗槽底部,但用此方法会形成驻波现象,不利于超声清洗。文章提出了一种球面式聚焦超声清洗的方法,与普通超声清洗相比,该方法提高了超声清洗的效率。文章采用有限元COMSOL Multiphysics软件对清洗机内声场进行分析,得到三维模型内声压的分布情况;研制了聚焦超声清洗机,并通过薄膜腐蚀实验验证了清洗机内的声压分布情况;通过对比试验发现,聚焦超声清洗油污的速度比普通超声清洗提高了77.27%。通过薄膜腐蚀实验和超声清洗实验可知,聚焦超声清洗机内声场分布均匀,且声场内存在能量聚焦区域,清洗速率高于普通超声清洗机。     

Modeling of finite-amplitude sound beams: second order fields generated by a parametric loudspeaker

The nonlinear interaction of sound waves in air has been applied to sound reproduction for audio applications. A directional audible sound can be generated by amplitude-modulating the ultrasound carrier with an audio signal, then transmitting it from a parametric loudspeaker. This brings the need of a computationally efficient model to describe the propagation of finite-amplitude sound beams for the system design and optimization. A quasilinear analytical solution capable of fast numerical evaluation is presented for the second-order fields of the sum-, difference-frequency and second harmonic components. It is based on a virtual-complex-source approach, wherein the source field is treated as an aggregation of a set of complex virtual sources located in complex distance, then the corresponding fundamental sound field is reduced to the computation of sums of simple functions by exploiting the integrability of Gaussian functions. By this result, the five-dimensional integral expressions for the second-order sound fields are simplified to one-dimensional integrals. Furthermore, a substantial analytical reduction to sums of single integrals also is derived for an arbitrary source distribution when the basis functions are expressible as a sum of products of trigonometric functions. The validity of the proposed method is confirmed by a comparison of numerical results with experimental data previously published for the rectangular ultrasonic transducer.     

倾斜弹性分层海底声场分布仿真研究

利用弹性抛物方程理论中的单向散射近似法处理倾斜弹性体-弹性体的边界条件,建立了不同地形条件下具有弹性分层海底的海洋环境中声场计算的新方法;经仿真分析等深度均匀海水层覆盖下具有倾斜弹性体-弹性体边界的弹性分层海洋环境中低频声场的空间分布结构,表明当弹性沉积层中纵波波速不大于1.5倍水中声速时,声压传播损失完全由海水介质参数和海底底质决定,与沉积层下界面地形关系不大,且弹性界面处有明显的界面波(Stoneley波)存在,即弹性体-弹性体界面的地形变化,基本不影响海水中的声场分布。与能量守恒方法相比较,仿真验证了文中计算方法的准确性。     

平面波激励矩形板辐射声计算中奇异积分处理方法研究

平面波垂直入射均匀薄板为一常见的透声问题;如果从振动声辐射角度来讲,这也是一个平面波激励板振动的声辐射问题,两种分析思路均已有经典方法可以采用,计算结果也理应一致。前者计算容易,但后者由于积分中含有奇点所以计算比较复杂。文章首先对有限薄板被激振动和声辐射的已有研究结果进行了回顾,重点处理了矩阵求解和奇点积分问题,给出了求解奇点积分的具体方法,对奇点的影响进行了分析,最后编写程序进行计算。计算结果表明,基于简正模态的计算方法在给定算例下的结果与理论分析结果接近。这表明基于振动模态分析的方法是可行的。此方法技术难度较大,但其可用于研究简支薄板的声场结构,以及曲面结构声辐射等复杂问题的求解。     

海洋声场预报研究和工程应用

随着科学技术的飞速发展 ,对海洋声场作出合乎要求的快速精确预报 ,显得尤为重要。浅海平滑平均声场理论和深海广义相积分理论克服了经典的WKB近似在反转点发散的缺点 ,而且实现了声场数值预报的实时性要求 ,基于上述理论 ,进行海洋声场分析设备的研究和工程应用 ,对声呐的设计、使用及舰艇作战有重要意义。