不同厚度碳纤维布/环氧树脂复合材料孔隙率超声衰减模型

复合材料中孔隙的存在造成了材料性能的下降,因此,对材料孔隙的检测至关重要。本文利用异丙醇(IPA)添加量的不同,制备了不同层数、不同孔隙率含量的碳纤维(CF)布/环氧树脂层合板试件。采用脉冲反射法测试计算了CF布/环氧树脂层合板试件的超声衰减系数,通过金相显微分析对孔隙的分布、形状及尺寸进行了表征,运用MATLAB对金相显微图进行分析得到试件的孔隙率。讨论了孔隙率对材料的声速、声阻抗及超声衰减系数的影响规律,利用4组不同层数样本试件的孔隙率和超声衰减量的试验数据,给出了基于模型的孔隙率与材料层数、超声衰减量的拟合公式。结果表明,随着IPA添加量的增加, CF布/环氧树脂层合板(2 mm)孔隙率从1.09%增加到4.16%,材料的声速和声阻抗均下降,超声衰减系数从2.51 dB/mm增大到5.34 dB/mm。孔隙率为1%时,厚度从2 mm (8层)增加到5 mm(20层),衰减系数增大了0.54 dB/mm。     

复合材料弹性模量的激光超声测量方法研究

本文利用激光超声方法来测量碳纤维/环氧树脂复合材料的弹性模量,详细介绍了测量原理和测量系统.利用Q值可调的Nd∶YAG脉冲激光器在复合材料试件中激发超声波,超声波由激光超声接收仪接收,经过解调器后在数字示波器上显示,获取超声声速.根据超声声速与材料弹性模量之间的固有关系,可以反演材料的弹性模量.实验表明,利用激光超声方法获得的测量结果与采用动态法得到的理论参考值相吻合,偏差在3%以内,并且操作简单可行.     

纤维增强复合材料声学性能检测方法研究

利用超声脉冲反射法直接测量材料声学性能的原理和方法，对声速、声阻抗和衰减系数等进行测量，并对影响材料的声学性能测量的因素进行了探讨，说明了纤维增强树脂基复合材料声学参数的测量方法，实验结果表明：基于超声检测原理，将超声波发射接收电路与数字化技术相结合，采用脉冲回波反射法是测量纤维增强树脂基复合材料声学性能的有效方法．只要测量条件选择适当，可以准确地测量材料的声学性能。     

提高碳纤维增强树脂基复合材料弹性常数超声表征精度的方法

为提高碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)单向板弹性常数的超声表征精度,基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟。首先,搭建了角度旋转测试装置,并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算;然后,通过模拟退火优化算法反演声速数据,得到了5个独立弹性常数;最后,利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证。结果表明:1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化,与1-2平面内的表现出明显差异,由此显示材料为横观各向同性的;独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97GPa;理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4m/s,实验数据波动范围小于0.33%,对应的弹性常数误差均小于0.47%。相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试。     

碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响

用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。     

超声相控阵延迟时间的声速校正及在复合材料中的检测

针对复合材料各向异性会导致声速随声波传播方向变化的现象,提出一种沿声波传播方向对相控阵延迟时间进行声速校正的方法.采用时域有限差分数值仿真方法分析相控阵超声波束在复合材料中的传播特性,验证提出的声速校正方法.搭建相控阵超声检测系统,对碳纤维增强树脂基复合材料平板试样进行检测实验,结果可见声速校正后近表面区域信噪比和缺陷检出率明显提高.研究表明所提出的相控阵延迟时间声速校正方法可缓解相控阵超声波束扩散,提高各向异性材料检测能力.     

基于超声频域分析的碳纤维复合材料孔隙率检测

提出了一种基于超声波频谱分析理论建模与实验标定的碳纤维复合材料孔隙率的检测方法，对碳纤维复合材料孔隙率的频域检测法进行实验分析和讨论，并通过具体示例进行验证，证实了该检测方法是可行的。     

基于冰内孔隙率的冰中声速经验公式的研究

冰介质中的声速特性受温度、盐度、密度等因素影响,是一个随时间和空间变化的不稳定值。研究了冰介质中温度、盐度、密度三个物理量在垂直方向上的变化特性,引入孔隙率作为冰中声速特性的表征因子,利用孔隙率与温度、盐度、密度已有的函数关系,通过大量天然冰的实验数据,得到淡水冰中声速关于温度、盐度和密度的经验公式。进行了河冰声速测量的外场试验,验证了淡水冰中声速的经验公式的有效性,并利用该声速经验公式研究了淡水冰垂直方向上的声速剖面。文中所做的相关研究可为以后研究利用冰介质中的声速特性提供借鉴,为以后利用声学方法,在极地或我国北方高纬度地区进行冰层厚度监测,了解寒地冰层的更替、演化以及气候变迁等工作奠定研究基础。     

水下含气泡橡胶材料的隔声性能的仿真

针对水下含气泡橡胶材料的隔声性能进行了研究。利用以往文献中Kelvin-Voigt粘弹性模型,得到材料动态等效体积模量、等效剪切模量及等效纵波声速随频率变化的关系,通过传递矩阵法数值计算、分析了不同孔隙率、孔径的情况下．材料的隔声性能、等效声速的变化。仿真结果表明,气泡的孔径、孔隙率的变化对复合材料的隔声性能都有显著的影响。该结果对水下隔声材料的设计有一定的参考意义。     

含孔隙碳纤维复合材料对超声波相速度的影响

用透射法对两组不同的碳纤维复合材料试块进行超声测量,采用相位展开法求得试块的相速度,并验证了Kramers-Kroning(K-K)关系式.结果表明,在一定频率下,孔隙对超声波相速度的色散作用随孔隙率的增大而增大.当孔隙率一定时,孔隙的色散作用随着频率的增加而减小,高频成份具有更高的相速度.分析结果还表明,相速度的改变与试块的孔隙率之间存在着良好的线性关系,有助于建立碳纤维复合材料孔隙率的超声检测模型.     

多穿孔管板阻性消声器的声学特性研究

应用包含高阶模态声波的二维解析法研究多穿孔管板阻性消声器的声学性能,消声器传递损失的计算结果和实验结果吻合良好.分析了穿孔率和吸声材料的流阻率对阻性消声器声学性能的影响,并且研究了具有组合式阻抗及组合流阻率吸声材料的多穿孔管板消声器的声学特性.结果表明:不同类型的组合式阻抗及组合流阻率的吸声材料对消声器在不同频段的消声性能产生一定影响.     

影响射孔侵彻深度的混凝土靶材物性因素分析

影响射孔穿深的因素很多,通过试验和计算机数值模拟的手段,着重分析、讨论混凝土靶材物性因素(靶等效应力强度、声阻抗和孔隙度、砂粒度)的影响.结果表明侵彻初期及随后的定常侵彻阶段主要影响因素是声阻抗、孔隙度侵彻滞止阶段主要影响因素是动态抗压等效应力强度砂子粒径是影响射孔侵彻深度的重要因素.     

Effect of Strong Magnetic Fields on Superfluid 3He in 98% Porosity Aerogel

No Heading We report our results of shear acoustic impedance measurements performed on superfluid ³He in 98% porosity silica aerogel. Experiments in high porosity aerogel provide unique opportunity to study the influence of disorder on a p-wave superfluid and compare the behavior with that of the well understood pure bulk. Our experiment is designed to detect acoustic signatures from both bulk liquid and liquid in aerogel. In the past, experiments on ³He in aerogel have been conducted in zero or low magnetic fields (< 1 tesla). We made measurements in magnetic fields as high as 15 tesla at 28.4 and 33.5 bars and observed a new phase in aerogel induced by magnetic fields splitting the superfluid transition into two.PACS numbers: 67.57Pq, 67.80Mg     

声学放大器对热声发动机性能的影响

对声学放大器的声功传输能力以及其对热声发动机性能的影响进行了实验研究,发现声学发大器只有在一定条件下才能提高热声发动机的输出压比,当末端阻抗减小时其放大能力也减小.声学放大器本身也是一个声学阻力部件,如果仅以负载引出功计算热声发动机的效率,声学放大器在输出端负载阻抗较大时能够提高系统热效率,当负载阻抗减小后,它将使发动机的热效率急剧降低.     

热声发动机驱动阻容负载的实验研究

进行了热声发动机驱动阻容负载的实验研究,分析讨论了阻容负载中声阻和容抗对整机性能的影响.首次通过实验验证了当声阻与容抗相等时,热声发动机向阻容负载传递的声功率最大.以氦气为工质,在充气压力2.1 MPa、加热功率2 000W的条件下,采用110 cm3的气库,在1台驻波型热声发动机上获得了最大43.1 W的声功率输出.     

Modeling of high-frequency wave propagation in structured materials

This paper presents a theoretical investigation of ultrasonic wave propagation in a fabricated porous aluminum plate whose microstructure consists of columnar pores oriented normal to the plate surface. Attention is restricted to the symmetric modes which are seen to be compatible with a plane wave source whose wavefronts are vertically incident on the plate. The analysis shows the existence of two fundamental modes, a fast mode and a slow mode, which together transmit energy through the microstructure. The reflectivity and impedance properties of the plate are determined, and it is shown how these vary with frequency, pore spacing, and porosity. By varying the latter during the manufacturing process, a material may be fabricated whose acoustic impedance can be set to any desired value between that of water and solid aluminum.     

Effect of RC load on performance of thermoacoustic engine

Based on linear thermoacoustics, a symmetric standing-wave thermoacoustic engine connected with an acoustic resistance and acoustic compliance (RC) load was simulated to study the effect of the load impedance on the performance of the thermoacoustic engine. Experiments were performed to verify the simulation. Both the simulation and the experimental results show that there is a non-monotonic variation of the acoustic power delivered to the load with the acoustic resistance of the load and a maximal acoustic power may be obtained when the acoustic resistance equals to its compliance impedance. And a lower compliance impedance of RC load may lead to a higher acoustic power delivered to the load.     

Thermal effects in scanning acoustic microscopy for fine resolutionapplications

A novel scanning acoustic microscopy technique for achieving high resolution acoustic images by employing thermal effects and image subtraction has been studied and demonstrated. Experiments were performed on a perspex block patterned with a machined grid on the reverse surface, and on a buried channel in similar material. If was found that using the image subtraction technique, short periods of sample heating can lead to a stronger pattern selectivity, because of the strong temperature dependency of the elastic parameters of the polymer. In previous SAM techniques improvement in signal has been achieved through the use of special liquids as acoustic coupling media between the acoustic lens and the sample. The reported technique retains water as the coupling medium and the acoustic impedance matching is performed by varying the elastic parameters of the sample itself through direct heating. The temperature increase in the sample decreases the velocity of propagation of acoustic waves in the solid, and brings the acoustic impedance close to that of water. A theoretical model, including expressions for the acoustic aberrations, depth dependence and acoustic impedance matching has been derived. Examples of the results obtained are presented     

定加热温度下热声发动机声功输出特性研究

对定加热温度下行波热声发动机驱动阻容负载进行了数值模拟,分析讨论了声阻和容抗对声功输出的影响。以氦气为工质,在充气压力为3 MPa、加热温度为923 K的条件下,对不同气库体积的热声系统进行了模拟;此外,还采用负体积气库模拟了阻抗虚部为正值的情况。计算结果表明,容抗值较大时,在负载相位角约为-45°(或45°)时,声功率存在一个极大值;当容抗值较小时,声功率会出现两个极大值和一个极小值,且在负载阻抗相位角约为-45°(或45°)时为极小值;此外,声功输出最大值与效率最大值对应的阻抗并不相同。