大振幅波非线性相互作用的谱分解法研究

针对两波非线性相互作用中大振幅波幅度及能量的变化问题,采用了谱分解方法对其进行了研究.对高低频波频率比为整数的两波非线性相互作用情况进行了讨论,研究非线性相互作用中各参数对作用结果的影响,并进行了计算机仿真计算.计算结果表明:在非线性相互作用后,低频波能量随作用距离的增加而降低;能量降低的大小与高低频波频率比、高频波能量大小等因素有关.将两波非线性相互作用的谱分解法计算结果,与经典的Fen lon理论计算结果进行对比,两种方法的计算结果具有较好的一致性.     

噪声与单频声波非线性互作用规律

针对随机噪声和单频波在非线性介质中的互作用现象,本文研究其传播过程中不同频率的能量演化规律,讨论随机噪声场在加入强单频波后对其功率谱的影响规律。从Rudenko推导的噪声和单频波的非线性互作用方程出发,理论研究其中能量在不同距离的功率谱变化,并利用有限差分方法,数值求解噪声与单频波非线性互作用过程中不同距离的功率谱。给出了不同情况下强单频波对随机噪声能量在频域范围的重新分配规律,结果表明:对于高频波频率比噪声频率高的情况,噪声的能量被调制到高频及其谐波两侧;高频波频率在噪声频带内会使原噪声在频域展宽;有限振幅噪声能量的转换效率在加入高频波情况下将会提高。     

大振幅波非线性传播的频率特性

为研究大振幅波在介质中非线性传播的频域能量变化问题,采用频谱分解方法对单频及多频大振幅的传播规律进行了分析.对不同形式的单频大振幅波传播过程中的基频波能量变化及谐波幅度增长情况进行了比较;同时分析了多频大振幅波非线性传播过程中,各频率声波相互作用情况,通过仿真研究了影响基频波能量变化的因素,其中高频波频率是影响基频波能量变化的主要因素,并通过谱分解方法得到了多频大振幅球面波和柱面波的非线性传播规律.     

黏接结构中超声波的能量反射与透射特性

针对黏接结构中超声波的能量反射与透射机理问题,研究了板状黏接结构界面为理想连接时,纵波以不同角度入射下的声波与界面的相互作用. 分析了入射角度、频厚积对声波能量反射与透射特性的影响. 结果表明:当纵波垂直入射时,不发生波型转换;随着频厚积的增大,纵波的能量反射与透射系数曲线出现明显的周期性谐振.当纵波倾斜入射时,波型转换会发生;随着频厚积的增大,纵波与横波的能量反射与透射系数无周期性谐振现象.当入射角小于90°时,纵波的位移势反射系数始终大于能量反射系数,而横波的位移势反射系数与能量反射系数曲线随着角度的增大会出现交叉.     

泵驱动两相复合制冷机组变频运转特性

为研究泵驱动两相复合制冷机组的工作特性,特别是换热性能随工质泵频率和室内外温差的变化规律,搭建泵驱动两相复合制冷机组的实验装置,对其进行了实验研究.在本实验装置中,蒸气压缩制冷模式分别采用2.63 k W压缩机和3.75 k W压缩机作为驱动元件,泵驱动两相冷却模式采用带变频器的工质泵驱动.结果表明:室内温度25℃、室外温度10℃时,机组换热量随工质泵频率先增大后减小,在工质泵频率为35 Hz时达到最大值;能效比(energy efficiency ratio,EER)随工质泵频率初始变化不明显,然后逐渐降低.在室外温度为0~30℃时,实验获得了2种运行模式的性能变化情况和最佳转换温度.     

明洞式隧道洞门开口率优化

为获得等截面开口型缓冲结构相对最优开口率,基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程和标准κ-ε双方程湍流模型,采用滑移网格方法,对3车编组的高速列车分别以250、300、350 km/h速度通过开口率在20%~84%之间的等截面开口型缓冲结构进行模拟,并对隧道内初始压缩波和隧道出口气压爆波进行研究.结果表明:数值计算结果与动模型试验相比,波形吻合度较好,幅值偏差均不超过6%;开口对初始压缩波形幅值起到增大作用,并随开口增大而先增大后减小,在开口率为60%时达到最大;初始压缩波压力梯度受开口影响显著,随着开口率增大而减小,且在开口率为40%以后变化不大,气压爆波随开口率变化规律与初始压缩波压力梯度基本一致.     

低场强脉冲电场杀灭水中大肠杆菌的实验研究

采用高频低场强脉冲电场系统对水中的大肠杆菌进行灭菌研究,探索反应器结构、电气参数及水质参数等对脉冲电场灭菌效率和能量效率的影响.圆筒式反应器体积为500mL,平均脉冲场强为3~12kV/cm,脉冲频率可以高达20kHz.最佳高压电极结构为6层均匀分布的直径为40mm的网电极.脉冲电场的杀菌效率和能量效率随着脉宽和场强的增大而提高,水的电导率影响波形和单脉冲能量的变化,从而影响杀菌效果,当初始细菌密度降低时有利于彻底杀光.脉冲频率对杀菌无明显影响,但高频率能够大幅缩短处理时间.当脉冲电压为6kV,脉宽为30μs,水的电导率为2.5μS/cm,细胞初始密度为103~106 cfu/mL时,在消耗能量<200J/mL,水温<40℃的前提下,脉冲电场处理后细菌密度下降了1、2个对数.当细菌初始密度低于1 250cfu/mL时,细菌被全部杀光,实现了非热低温灭菌.     

压电泵激励信号对压电射流陀螺灵敏度的影响

为使压电射流陀螺具有更高的灵敏度,研究了压电泵激励信号对其灵敏度的影响.介绍了该陀螺的结构及工作原理,研究了压电陶瓷双晶片弯曲振动的数学模型、运动方程、谐振频率.采用函数信号发生器产生任意波形的激励信号,研究了不同电压、频率及波形的激励信号对该陀螺灵敏度的影响.实验结果表明:压电射流陀螺的灵敏度随激励信号电压增高而增大;该陀螺的灵敏度随激励信号频率增加先增大后减小,在一阶谐振频率处出现最大值;在相同电压及频率下,方波信号激励下的输出灵敏度最大,其次为正弦波,锯齿波最小.     

高速目标检测性能影响因素的分析方法

针对高速目标速度、加速度、幅度起伏导致的回波积累能量扩散问题,基于回波模型,研究了目标参数、雷达参数对回波积累效能的影响.通过建立回波包络以及频率走动与分辨率的数学表征,分析了走动项对目标分辨率以及积累能量的影响规律,获得了距离走动、多普勒走动与信号积累增益变化的定量关系.研究结果表明:当距离或频率走动大于2个分辨单元时,积累能量信噪比下降2dB.同时,分析了目标在不同幅度起伏模型情况下,相参积累能量的变化情况,结果表明,慢起伏比快起伏造成的能量损失大,这类目标不适合进行长时间的相参积累.     

轴、横向荷载下微倾单桩地基反力法的解析解

对轴、横向荷载下微倾单桩侧向变形和内力进行研究,求得地基反力系数为常数时的解析解.采用Fortran语言编制了计算程序,并通过与模型试验结果进行对比来验证解及程序的可靠性.算例分析表明,桩身最大位移和最大弯矩随桩身初始倾角的增加而近似线性增大,且其变化速率随轴向荷载的增加而增大;桩身最大位移和最大弯矩随轴向荷载的增加而增大,且其变化速率随桩身初始倾角和轴向荷载的增加而增大.桩顶自由时桩身最大弯矩距离地面的距离随桩身初始倾角的增加而增大,且其变化速率随桩身初始倾角的增加或力矩荷载的减小而减小;桩身最大弯矩距离地面的距离随轴向荷载的增加而近似线性减小.所得解答使桩身侧向响应计算更符合工程实际.     

基于弹性波传播的高速道岔尖轨断轨识别

针对高速道岔尖轨断轨监测问题,开展基于弹性波传播的高速道岔尖轨断轨识别研究. 采用显式有限元方法建立高速道岔弹性波传播特性分析模型,模型中考虑尖轨与基本轨密贴状态、滑床台板支承等约束条件,结合试验对该模型进行验证. 研究不同激励频率、尖轨断轨位置及密贴状态等因素对高速道岔尖轨弹性波传播特性的影响. 研究表明：在健康尖轨中,2 kHz和4 kHz弹性波能量集中,传播信号基本不受基本轨和滑床台等约束条件的影响;在断轨识别中,通过滑床台传播的信号衰减倍数大于10⁹,通过尖/基轨密贴传播的信号对各个频率弹性波的断轨识别均存在显著影响;在密贴状况下,断轨位置与弹性波传播信号存在一定的关联.     

弹性球的共振与回波响应中的峰谷频率

本文将球及圆柱形目标的回波声场简化为几何镜反射波与弹性瑞利表面再辐射回波两者的叠加,由此得到了与精确计算结果基本一致的弹性球回波稳态频响曲线,并着重讨论了振幅和相位的频响曲线中极值点(峰、谷)频率与目标共振频率之间的偏离程度,振幅和相位对频率导数的频响曲线中极值点频率与共振频率间的偏离程度,以及这种偏离与目标材料和频率的关系.此外,还讨论了当存在目标以外的干扰回波时,上述频响曲线中极值点频率的稳定性.     

小波比值算法研究与应用实例

在应用反射波法对异常体进行探测过程中,反射信号通常表现为高频但其能量十分微弱。本文提出的小波比值算法,其基本原理是计算信号中的高频能量（一层或多层）与总能量之比,分析其变化规律可以有效地从低频高噪声背景中识别反射信号。最后通过应用实例进一步验证这一方法的先进性和实用性。     

Response and energy dissipation of rock under stochastic stress waves

The response and energy dissipation of rock under stochastic stress waves were analyzed based on dynamic fracture criterion of brittle materials integrating with Fourier transform methods of spectral analysis. When the stochastic stress waves transmit through rocks, the frequency and energy ratio of harmonic components were calculated by analytical and discrete analysis methods. The stress waves in shale, malmstone and liparite were taken as examples to illustrate the proposed analysis methods. The results show the harder the rock, the less absorption of energy, the more the useless elastic waves transmitting through rock, and the narrower the cutoff frequency to fracture rock. When the whole stress energy doubles either by doubling the duration time or by increasing the amplitude of stress wave, ratio of the energy of elastic waves transmitting through rock to the whole stress energy (i.e. energy dissipation ratio) is decreased to 10%-15%. When doubling the duration time, the cutoff frequency to fracture rock remains constant. However, with the increase of the amplitude of stress wave, the cutoff frequency increases accordingly.     

等离子体对电磁波反射与吸收的统计分析

为降低反射电磁波能量和雷达的目标有效截面,用统计分析方法研究了雷达波在均匀非磁化等离子体中传播时所发生的反射、吸收与衰减;模拟了在厚度为10cm、密度在1016～1019m 3、碰撞频率在0.1～10GHz范围内的均匀等离子体中,电磁波频率在1～20GHz、服从均匀和正态2种分布情况时的反射、吸收与衰减.结果表明：对于不同电磁波频率概率分布,等离子体频率和碰撞频率对电磁波反射、吸收与衰减的影响本质相同,只是定量的差别;当电磁波频率服从不同分布时,反射系数、吸收系数与衰减量的分布不同.     

浅部地下洞穴的瑞利波散射数值分析

均匀半无限体中表面源激发的浅部波场由瑞利波主导且能量主要分布于一个波长深度,当瑞利波遇浅部洞穴时,瑞利波不能保持原有传播特性,波会在洞穴边界发生散射。为了分析这一现象,本文采用轴对称模型,数值模拟均匀半空间中洞穴散射波场响应。由偏移距-波长域表面波能量（振幅）谱变化,研究洞穴埋深及几何参数对散射波影响。对表面波场谱扰动特征分析,建立洞穴上方能量分界面对应特征波长与埋深的关系。结果表明:洞穴埋深是影响表面波场谱扰动一个重要参数,埋深约是特征波长1.5倍,波在洞穴边界面绕射会导致洞穴周围表面波场形成能量分界面,由表面波谱这些扰动特征可预测洞穴方位及埋深。     

弹簧刚度对嵌入式振荡水柱波能装置水动力性能的影响

提出嵌入方箱式防波堤的垂荡式振荡水柱（OWC）波能装置,利用开源计算流体动力学库OpenFOAM及工具箱waves2foam,对该波能装置的能量转换效率和水动力特性开展数值研究.采用流体体积法（VOF）捕捉气液界面,利用Rigid-Body Dynamic网格技术求解垂荡运动.在不同入射波频下,探究垂直线性弹簧约束（用无量纲弹簧刚度表示）对OWC波能装置的波能转换效率、反射系数、透射系数、能量耗散系数、相对压降、有效相对振荡幅度和相位差等的影响.结果表明,结构物适当的垂荡运动有利于提升OWC装置在特定频率条件下的波能转换效率;振荡水柱和结构物间的运动相位差是决定能量转换效率的关键因素;为了提升能量转换效率,调节结构物的垂荡运动来控制相位差的措施是可行的.     

主动探测型时间反转电磁波聚焦

为扩展时间反转理论在电磁领域的应用,提出了一种基于主动探测的时间反转电磁波聚焦方法.该方法是通过时间反转目标的反射波并在目标搜索域内进行能量搜索来实现重聚焦的.首先,收发合置传感器阵列的一个天线阵元向目标区域发射电磁波信号,该电磁波信号遇到目标后反射,反射后的电磁波被各天线阵元接收并记录.当所有阵元全部完成上述发射和接收过程后,将每个阵元中得到的所有信号相加,并进行时间反转.然后,将各阵元时间反转后的信号虚拟重发到目标域中,则信号能量会在目标处实现重聚焦.根据电磁波的传播特性,给出了主动探测型时间反转聚焦的原理及方法.最后,通过仿真实验验证了主动探测型时间反转可以有效实现电磁波重聚焦的特性.     

磁聚焦电导率成像系统信号源与信号提取的实现

为了提高信号源的稳定度和实现扫频检测,以提取更可靠、更丰富的有用信号,信号源用直接数字频率合成器设计,输出频率为1～20 MHz的扫频正弦波信号,通过具有很好聚焦特性的平面螺旋线圈接成调幅电路输出。同时平面螺旋线圈采用差分线圈结构以检测和提取信号,其输出送往由集成乘法器MC1595组成的鉴相电路,使鉴相器输出相位变化随着输入信号的频差变化,利用低通滤波器滤除扫频载波从而提取线圈有目标以及目标变化时的频差信号。获得了足够的可靠数据,提高了系统的稳定度,提高了成像系统的空间分辨率。有利于系统软件进行电导率反演和成像。     

矩形压电振子式主动阀压电泵的设计及其性能

根据压电泵的工作原理,基于两端夹持式主动阀开发了矩形压电振子式主动阀压电泵,对其结构及工作原理进行了说明。计算了其理论流量,剖析了流量的影响因素。通过试验研究得出:泵在工作时阀腔压电振子与泵腔压电振子之间的最佳相位差是70°和250°。测试了阀腔压电振子在不同电压、频率驱动信号作用下压电泵的输出特性。同时,对主动阀压电泵的双向泵送能力进行了比较分析。实验结果表明:与正弦波相比,方波作为矩形压电振子主动阀的控制信号时,流量相对比较大。频率为70Hz时,最大流量为140mL/min;在高频情况下,矩形压电双晶片式主动阀压电泵的流量保持较好,圆形压电振子式主动阀压电泵的流量下降明显。