高能超声作用下数种金属基复合材料的制备及机制

利用高能超声振动制备了A l/陶瓷, ZA 22/陶瓷(粒子平均直径2L) ,A l/P b (Pb 粒子直径< 25L) 和A l/F eA l₃等金属基复合材料, 弥散相在基体中有良好的分布均匀性。依据超声波对熔体作用时的空化和声流效应, 讨论了上述数种复合材料的制备机制。试验结果显示, 该项技术在制备数类金属基复合材料方面具有广泛的适用性。     

原位反应烧结块的高能超声稀释过程分析

对高能超声稀释原位反应烧结块制备锌铝合金基复合材料过程进行了研究,简要分析了超声稀释机理。研究表明,高能超声快速稀释烧结块是声空化与声流效应协同作用的结果。空化产生的瞬时高温可促进界面区域元素扩散,瞬时高压将裸露在界面上的长棒状的TiAl₃击断,打破了烧结块的网状结构,并将其周围的高致密度的Al₂O₃和TiB₂颗粒聚集区击碎。另一方面,声流引起的强烈搅拌作用减薄了过渡层,并使短棒状的TiAl₃颗粒及Al₂O₃、TiB₂微细颗粒均匀分布在熔体中。在上述分析基础上,建立了元素扩散模型和烧结块在锌铝合金中的稀释过程模型。      

超声波对铝合金熔体的有效细化区域

为了探讨凝固组织的超声细化区域范围,在液相线温度至575℃区间内对铝合金熔体施加超声振动,待铸锭冷却至室温,经腐蚀处理后观察其宏观和微观组织.试验结果表明,在工具杆端面位置处靠近铸锭边缘有一明显的作用区域分界线,分界线两端组织呈现截然不同的特征,端面以下组织均得到了有效的细化,而端面以上组织晶粒粗大,呈枝晶状分布.超声在熔体中产生空化和声流效应,理论计算表明,熔体中的有效空化范围为端面下30mm区域内,超声在熔体中产生的声流效应遍及整个熔体可流动区域,通过声流和空化的双重作用,工具杆端面以下的组织均受到超声的作用,并得到细化.     

在超声场中微细颗粒增强MMC的研制及有关理论探讨

在讨论了关于改善颗粒被铝液的润湿性、微细颗粒在基体合金中均匀分散的原理的基础上,采用一套特别设计的装置,发展了一种在超声场中制备微细SiC、Si_3N_4和AlN颗粒增强MMC的办法。实验结果表明,高强超声处理大大地改善了铝液对微细颗粒的润湿性,使颗粒得以迅速混入熔体并均匀分散。MMC_p的铸态组织致密而均匀,表明设计的这套装置适于制备微细颗粒增强MMC_p。MMC_p可以像基体合金一样进行热挤压。微细颗粒的强化效果优于大颗粒,裂纹通常产生于大颗粒和金属基体间的界面上。 对高强超声在熔体中的传播及声空化和声流效应对微细颗粒的润湿和分散作用进行了实验观察和理论计算。结果显示,熔体中的声强足够高,导致了强烈的声空化和声流效应。声空化所引发的局部高压和高温分别为10~3～10~5大气压和10~3～10~4K。由于高强超声在熔体中迅速衰减,所以声空化最强作用区在变幅杆的端面。声流的最大速度达2.56m/s,熔体被其强烈搅拌。 运用力学及热力学观点分析了铝液润湿颗粒的机制。得出的结论是,超声对熔体/颗粒界面施加的能量极大地促进了铝液对颗粒的润湿。颗粒混入熔体的全过程包括润湿—弥散—部分脱附—少量团聚四个步骤。声空化引发的高压和高温可以清洗和活化颗粒的表面,使颗粒的表面能增大。而声空化引     

声流条件下超声空化气泡分布研究

研究了频率为 20 kHz的超声作用在圆柱形料腔中出现声流现象时超声空化效应的空间分布特性。结合大振幅声源条件下的声辐射力,对声场内的声流现象进行了仿真分析,获取了不同超声功率和液位高度下的声流速度场分布,初步探究了声流条件下空化气泡的运动分布规律。采用超声空化效应的声致化学发光实验,对比研究了有、无声流条件时超声空化效应的空间分布特性。结果表明：功放电流高于 80 mA(电功率为 17.6 W)时,超声场可形成稳定的声致流动现象且可有效提高其声能辐射效率,大大增加了空化效应的作用区域,进而提高了声化学反应效率;声流条件下料腔内超声空化效应的分布区域与超声功率(振幅)、料腔液位高度相关,功放电流从 40 mA(电功率为8.8 W)增加至 120 mA(电功率为 26.4 W)时,空化面积占比提高了 100.86%,液位高度为 60 mm时的空化面积占比较50 mm和 70 mm时分别提高了 13.11%和 73.91%,提高超声功率及选择合理的料腔液位高度,可有效提高空化气泡扩散距离,增大空化分布面积;对于固定形状及尺寸料腔中的声场,声流速度达到一定阈值时,会出现空化效应增强,空化效应增强区域位于大于声流速度阈值的区域内;空化气泡的扩散分布与声流速度场密切相关,表现为随声流速度场的变化在料腔中部沿径向扩散、沿变幅杆轴向且在料腔底部沿径向扩散、沿变幅杆轴向扩散三种扩散分布模式。     

碳化硅颗粒增强Al基复合材料的新型制备工艺

综述了碳化硅增强铝基复合材料的几种主要制备工艺,重点阐述了高能超声半固态复合法制备SiCp/Al复合材料.首先用渗流法制备SiC体积分数高的SiCp/Al预制块,进行SiC预分散,然后将预制块加入处于半固态温度条件下的铝合金熔体中,最后导入超声波进行搅拌.此法很好地改善了增强颗粒与基体之间的润湿性,使SiC在基体中均匀...     

金属熔体在超声场中凝固的研究

本文综述了超声场对金属凝固过程的影响，着重总结了声空化、声流所起的作用，同时介绍了超声在新材料制备中的应用。     

金属熔体在超声场中凝固的研究

本文综述了超声场对金属凝固过程的影响，着重总结了声空化、声流所起的作用，同时介绍了超声在新材料制备中的应用。     

高能超声制备金属基复合材料的研究进展与展望

简要介绍了高能超声制备金属基复合材料的原理和研究现状,分析了高能超声改善润湿性,促进分散,除气除渣的作用机理.指出用高能超声制备纳米增强金属基复合材料是未来发展的重点,提出了改善高能超声作用的有效途径.     

原位Al_2O_3颗粒增强Al-10Si基复合材料制备的研究

基于SiO2/Al-10Si反应体系,通过半固态机械搅拌法及高能超声处理组合工艺,成功制备出Al2O3颗粒增强铝基复合材料。SiO2粉体预处理及铝熔体Mg元素活化有效改善了两者间的润湿性,在转速700r/min、搅拌10min的条件下,可获得SiO2颗粒均匀分布的微观组织;升温后,经过高能超声进一步熔体处理,不仅促进了SiO2/Al的原位置换反应,而且空化消除了残余气体。金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)的分析检测表明,原位生成的Al2O3颗粒均匀地分布于Al-Si合金基体中。     

一种新型声隔离系统

水声换能器的收／发声隔离度决定了很多水声设备的性能优劣。介绍了一种新型声学隔离系统,该系统改变了声障板的设计思路,使换能器的收／发声串漏得到明显降低。通过偶极子原理,提出了一种提高收／发声学隔离度的方案。利用有限元仿真手段,计算并验证了该种方案的有效性。参照仿真模型,制作了一套声隔离系统样机,在1个倍频程的频带内,该系统的收／发声隔离度大于40dB。该声隔离系统提高了现有水下声目标模拟设备的性能。     

声透镜波束形成技术

介绍了研发的声线追迹程序和声场计算程序对声透镜波束形成的仿真结果,并与实际的透镜波束形成结果相比较。结果表明,仿真程序能够很好的模拟不同角度的入射声束的聚焦位置、波束宽度以及相对幅度,可以用于声透镜设计,大大减少声透镜制作过程中反复通过实验修改透镜参数的次数。     

An application of fast multipole method in analyzing acoustic filters

Abstract

The purpose of this study is to investigate the acoustic performance of mufflers. As a numerical scheme for analyzing an acoustic filter, the boundary element method is more suitable than are domain methods, such as the finite element method, which has to mesh the domain. However, the coefficient matrices established by the boundary element method are full and often non‐symmetrical. In order to decrease the computational time required, the fast multipole method has been applied. The fast multipole method, when compared with the boundary element method, reduces CPU time from an order of N² to Nlog^γ N, where N is the number of unknowns and γ is a constant. This study focused on the different geometries of plates within simple expansion acoustic filters. Numerical analysis demonstrates that the transmission loss at a particular frequency performance is better when employing a simple expansion acoustic filter with plates.     

非声学公共建筑中的声品质

本文分析了在八种公共建筑类型中的声学专题研究结果, 包括火车站、商城、图书馆、开敞式办公室、足球场、游泳空间、用餐空间、及教堂, 旨在考查主观评价和客观指标之间的关系, 并且探索在非声学建筑中创造舒适的声环境的原则和框架。分析表明了声品质在这类非声学建筑中的重要性, 另外, 即使客观指标例如声压级和混响时间相同, 声舒适度亦可能完全不同。其它关键因素包括社会背景、心理调节、声音喜好、声学处理的接受程度, 声学与其他环境因素的相互作用、以及不满意的声品质可能造成的健康影响。     

中心棒哈特曼发声器声学特性研究

采用FW-H声模拟法,研究了中心棒的位置、长度和直径等因素对中心棒哈特曼发声器声学特性的影响,得出如下结论:无论中心棒置于谐振腔入口前端还是底部,只要中心棒一端处于气流入口到谐振腔入口段,哈特曼发声器就能产生较高的声压级;中心棒置于气流入口,且长度不超过喷流间距,会产生比普通哈特曼发声器更高的声压级;中心棒的半径有一个最佳值,数值模拟结果显示,不同半径中心棒哈特曼发声器声压级的大小顺序相应为:r=0.2mm、r=0.3mm、r=0.1mm、r=0.5mm,即半径r为0.2mm的中心棒哈特曼发声器产生的声压级较大,而半径r为0.5mm的声压级最较小;频谱分析发现,加中心棒会使哈特曼发声器的最大峰值频率变小。上述结论对中心棒哈特曼发声器的应用具有重要的指导意义。     

An Acoustic Meta-Skin Insulator

Acoustic metamaterials with artificial microstructures are attractive to realize intriguing functions, including efficient waveguiding, which requires large impedance mismatches to realize total side reflection with negligible transmission and absorption. While large impedance mismatch can be readily realized in an air environment, acoustic waveguiding in an underwater environment remains elusive due to insufficient impedance mismatch of state-of-the-art metamaterials. Here, a superhydrophobic acoustic metasurface of microstructured poly(vinylidene fluoride) membrane, referred to as a “meta-skin” insulator, which is able to confine acoustic waves in an all-angle and wide spectrum range due to tremendous impedance mismatch at stable air/water interfaces, viz., the Cassie–Baxter state is demonstrated. By utilizing the meta-skin insulator with broadband and high throughput, orbital-angular-momentum multiplexing at a high spectral efficiency and binary coding along large-angle bending channels for bit-error-free acoustic data transmission in an underwater environment are demonstrated. Very different from optical and/or electrical cable communications, acoustic waves can be simply and effectively coupled into remote meta-skin acoustic fibers from free space, which is technologically significant for long-haul and anti-interference communication. This work can enlighten many fluidic applications based on efficient waveguiding, such as in vivo ultrasound medical treatment and imaging.     

基于超声驻波场的水下颗粒操控研究

超声波产生的声辐射力可以实现对微小物体的操控。针对微米尺度颗粒在液体环境的操控问题,基于黏性介质中的声辐射力理论,建立由双凹球面聚焦超声换能器驱动下的水下颗粒操控模型。利用COMSOL软件仿真了模型的声场、声流场及颗粒操控动态过程,最后通过水下颗粒操控实验对仿真结果进行验证。研究发现,颗粒在水下操控过程受到声辐射力与声流曳力的共同作用,由声波干涉作用形成的局部驻波场主要依靠声辐射力将颗粒团聚在波节位置,但随着颗粒尺寸的减小,颗粒无法继续束缚,颗粒操控将由依靠声辐射力转变为声流曳力。此外声场强度的增加会增强颗粒操控的抗扰动能力。     

水声透声材料发展概述

概述了水声透声材料的透声机理,声阻抗和透声层厚度为影响材料透声系数的主要因素。阐述了水声透声材料在声纳导流罩中的应用,并探讨了金属、橡胶和玻璃钢导流罩的优缺点。利用理论计算指导材料结构设计,从提高材料透声性能、材料密封性和耐海洋环境性三个方面综述了水声透声材料的研究进程。提出丰富、完善水下透声材料性能的计算模型,开发性能均衡的透声材料,以及研制全壳体声纳导流罩是水声透声材料研究和应用的发展方向。     

热声发动机用声学放大器的改进研究

声学放大器是一种可显著提高热声发动机输出压力振幅和压比的装置,存在的主要问题是声功损失过大.通过理论研究,提出采用较大管径进一步提高声学放大器性能的方法,称为改进型声学放大器.实验结果表明:该声学放大器在大幅度提升输出压比的同时,没有明显降低发动机内的压比和破坏发动机内部声场,能使发动机工作在较高的品质状态.采用变负载法测量声功的实验结果也表明,改进型的声学放大器有效地解决了声功损失过大的问题.     

乐罩对剧院音质参量的影响分析

乐罩是有自然声演出功能剧场舞台表演区的重要组成部分,其作用是防止有限的自然声能被舞台吸收和逸散,并。文章分析了24座剧院加乐罩前后音质参量实测数据,研究了加乐罩前后音质参量的统计特性。加乐罩后的剧院,在混响时间、早期衰变时间、强度因子、舞台支持度等音质参量上均有显著的提升。