弹性波在一维掺杂声子晶体中的多缺陷模特征

推导出弹性波在一维掺杂声子晶体中的转移矩阵,研究了弹性波在一维掺杂声子晶体中的缺陷模特征。得出:弹性波在一维掺杂声子晶体中会出现多个缺陷模。缺陷模的数目随杂质厚度的增加而增加,缺陷模的半高宽随缺陷模数目的增加而减小。缺陷模的数目也随杂质声阻抗的增加而发生变化,各缺陷模的位置随杂质声阻抗的增加向禁带中心移动。这些特性可以作为设计多通道弹性波滤波器的理论依据。     

散射矩阵法研究弹性波在异质结声子晶体中的谐振

利用散射矩阵把弹性波在相邻介质层中的前向波和后向波联系起来。利用散射矩阵法计算一维完整和缺陷声子晶体的透射和反射特性,得到与传输矩阵法完全相同的结果。用该方法研究了弹性波在含两个子声子晶体:相同介质不同周期常数,不同介质相同周期常数的异质结声子晶体中的传输特性。结果表明:在异质结的声子晶体的带隙内出现强烈的局域谐振模,其数目由后一个声子晶体的周期数决定。     

一维粘弹材料周期结构的振动带隙研究

采用迭代法改进了一维声子晶体带隙特性计算的平面波展开(PWE)算法,以使其适用于组成材料粘弹性所导致的弹性常数随频率非线性变化的特性。将该算法应用于丁腈橡胶(NBR)和钢组成的两种结构尺寸的一维周期结构声子晶体振动带隙的研究中,理论计算和振动测试结果吻合理想。进一步的理论分析表明,橡胶材料的储能弹性模量随频率的单调增加,使得在保持禁带开始频率不变的同时大大加宽了禁带范围,在3 mm钢/10 mm NBR以及7 mm钢/10 mm NBR两种周期结构一维声子晶体中禁带宽度分别增加了36.4％和34.0％。     

径向声子晶体柱壳在径向波带隙中的动应力研究

构造由两种匀质材料交替分布的半无限周期结构的径向声子晶体柱壳模型,针对径向波在其中由内向外传播情况进行了理论分析。采用数值分析的方法讨论分析了有限周期径向声子晶体柱壳表面局域态出现的规律,同时借助力学状态向量总传递矩阵特征值法获得能带结构进而对数值结果进行了验证。最后,详细分析了有限周期径向声子晶体柱壳结构内部应力大小及分布情况。研究表明,径向声子晶体柱壳存在弹性波带隙,表面局域态出现与否与自由表面的波速有关;而径向声子晶体结构应力集中出现与否与加载面的波速有关。     

多带隙联合的声子晶体滤波梁弹性波传播特性

提出了一种包含Bragg散射、整体局域共振和局部局域共振机理的多带隙联合声子晶体滤波梁,通过传递矩阵法与Bloch定理求得无限周期结构各阶带隙为0～170 Hz、180～262.6 Hz、552.3～597 Hz、974～1 563 Hz、1 903～2 667 Hz;并调节结构参数,得出带隙调制规律和带隙机理。同时,与其他3种工况声子晶体梁带隙特征进行对比分析,证明了声子晶体滤波梁在带隙宽度、丰富度以及弹性波衰减率方面均有着相对优势,具备更好的过滤或抑制结构中弹性波的性能。此外,求解近声子晶体滤波梁的振动传递系数,得出在各阶带隙范围内,弹性波的传播存在明显衰减,验证了带隙的存在。最后为探究弹性波在带隙/通带范围内的波动模式,分别提取位于带隙/通带范围梁体位移分布,发现在带隙频率范围内的弹性波沿波动方向快速衰减,表现出带隙特性;通带频率范围内的弹性波无明显变化或衰减,表现出通带特性。     

流场中填充吸声材料夹层板结构与声腔的耦合特性

采用等效流体模拟吸声材料,建立外部流场作用下填充吸声材料夹层板结构与封闭空间声场的声振耦合模型,应用波动分析方法研究结构的声透射性能,分析入射声波入射角和方位角、流场流速和流向、夹层板几何尺寸和声腔深度等参数对填充吸声材料夹层板结构声振耦合特性的影响。计算分析表明吸声材料提高了结构的隔声性能;结构的隔声性能随着面板厚度和夹层厚度的增加而提高,且"板-等效流体-板"共振频率向低频移动;随着入射角、方位角、马赫数和空腔深度的变化改变了结构的隔声性能,驻波衰减频率和驻波共振频率随入射角和方位角的增大向高频移动,随空腔深度的增加向低频移动,顺流入射时随马赫数的增加向低频移动,而逆流入射时则移向高频。     

一维杆状声子晶体振动中的表面局域态研究

从两种材料组成的一维杆状声子晶体的振动方程出发,给出无限周期结构的振动波色散关系和半无限周期结构表面波色散关系。发现带隙宽度、表面波频率均与材料组份比有关。对于具有自由表面的声子晶体,当自由表面层材料的速度小于另外一种材料速度时,存在表面局域态。利用有限元法,仿真了有限结构声子晶体的振动频率响应。当存在表面局域态时,振动频率响应在带隙频率范围内出现共振峰,这些共振峰至少减小了声子晶体20dB的减振效果。     

二维声子晶体薄板的振动特性

从薄板的振动方程出发,利用平面波展开法,给出了无限周期结构的二维声子晶体薄板的振动能带结构。发现二维声子晶体薄板存在振动带隙,但是与二维声子晶体xy模态的能带结构有区别。利用有限元法,对有限周期结构的声子晶体薄板振动频率响应进行仿真。在带隙频率范围内,频率响应存在较大衰减。并且给出了带隙内和带隙外两个频率点的波场分布。周期结构薄板中存在的振动带隙为声子晶体在减振方面的应用提供了一种新思路。     

基于流固耦合的超声污垢检测数值模拟

基于Comsol Multipysics仿真软件,建立了声发射耦合的板材-污垢多层有限元模型。以弹性动力学和压力声学为理论基础,推导了薄平板型试样在平面波辐射下的声波振动控制方程,研究了流相与固相区域超声传播特性规律,实现了二维平板污垢纵、横波分离的弹性数值模拟,通过分离后的波场提取,对薄层平板沉积污垢厚度进行高精度检测。数值模拟结果表明:流相区域服从微小声波波动方程传播规律,固相区域也能很好的实现弹性纵横波的完全分离提取;超声波对薄层平板沉积污垢的检测误差在5%以内,证明了数值模拟的可行性与准确性,对于实际换热系统的运行和清污具有很好的指导作用。     

基于流固耦合的柱面气膜密封支撑结构性能研究

利用流固耦合分析方法,研究一种波箔结构柔性支撑柱面气膜密封,探讨气膜厚度、浮环与转子的偏心率以及柔性支撑结构的泊松比、弹性模量、波箔数量等参数对支撑结构等效应力及变形量的影响。结果表明:柔性支承结构满足柱面气膜密封的正常运作,不会造成因为气膜刚度过大而使得浮环与波箔发生破坏性变形,并且变形量远小于波箔高度;柔性支撑的等效应力和变形量随平均气膜厚度的增大而减小,随偏心率的增加而增大,随支撑材料泊松比的增大而增大;弹性模量的增加并不影响柔性支撑结构的等效应力,但是会使变形量减小;增加波箔数量,柔性支撑的等效应力略有减小,变形量显著减小。     

Directivity analysis of ultrasonic waves on surface defects using a visualization method

Ultrasonic testing uses the directivity of the ultrasonic wave, which propagates in one direction. The directivity is expressed as the relationship between the propagation direction and its sound pressure. The directivity of an ultrasonic wave is related to the choice of probe arrangement, testing sensitivity and scanning pitch, and correct measurement of defect size and location. This paper investigated the directivity of ultrasonic waves, which are scattered from a slit defect located in simulated butt weld joint using a visualization method. When the defect size was smaller than the wavelengths, clear directivity in the reflected wave was observed. When the ratio of defect size to wavelength is greater than 1.5, measured directivities almost agree with the theoretical directivity. The directivity of shear waves scattered from the slit defect varied according to probe direction (Far defect, Near defect). The angle of reflection wave became similar to angle of incidence as the height of excess metal in welded joint increased.     

基于波传播法的一维声子晶体禁带

提出用波传播法(Wave propagation method,WPM)来研究一维声子晶体的禁带特性,并将该方法与平面波展开法(Plane wave expansion,PWE)进行比较,发现PWE随着波数的增加而逐渐收敛于WPM的结果.将WPM应用于一维二元和一维四元声子晶体禁带特性的计算中,在相同计算精度下WPM的计算时间大约为PWE的1/50和1/100.当考虑到粘弹性材料的频变特性时,WPM能直接得到声子晶体的禁带特性,在相同的计算精度下WPM的计算量大约要比经过迭代改进的PWE的计算量小两个数量级.     

局域共振型周期双层板简化模型带隙特性研究

基于广泛研究的声子晶体单板结构,通过在板面之间周期贴附"弹簧-质量块"共振单元,提出局域共振型声子晶体双层板简化模型。通过对传统平面波展开法加以改进,建立改进平面波展开法用于计算该模型能带结构。数值结果和分析表明,在低频段,能带结构可以打开一条完整的带隙。扭簧以及软材料的尺寸和黏性对带隙的影响比较明显,但转动惯量对带隙几乎无影响。该研究方法及结果可以为工程中减振降噪领域双层板甚至夹层板类声子晶体结构的研究提供理论参考。     

四程抽运Yb:YAG盘式激光器

报道了激光二极管阵列(LDA)抽运Yb:YAG盘式激光器。Yb:YAG晶体掺杂浓度10-at.%,几何尺寸为Φ10mm×300μm,采用铟焊工艺将其焊接到水冷系统上,用可调式恒温水箱对其进行温度控制。利用蒙特卡罗方法对抽运光斑的大小进行了计算,将反射镜轴向与光纤头轴向夹角控制在120以内,以使抽运光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。使用两个Φ=30mm,R=50mm的球面反射镜,完成了四程抽运。在LDA抽运功率为4.13W时,获得了最高功率为670mW的1030nm连续激光输出,光-光转换效率为16.2% 。     

Existence of complete band gaps in 2D steel-water phononic crystal with square lattice

This paper theoretically and experimentally studies the existence of complete band gaps in two-dimensional (2D) phononic crystal consisting of parallel steel rods in water with square lattice. The band structure of phononic crystal is calculated by a plane wave expansion (PWE) method. Based on the well-known ultrasonic immersion transmission technique, the overlapping transmission spectra of acoustic waves, a complete band gap, is experimentally measured along the two high-symmetry directions of the first irreducible Brillouin zone. There is a very good agreement between the experimental result and the range of frequencies of the complete band gap.     

三维蜂窝状声子晶体的带隙优化研究

蜂窝状的声子晶体具有优秀的减振降噪特性,选择丁腈橡胶作为基底,钢作为散射体,通过构建不同蜂窝状的声子晶体模型以及改变几何材料参数,可以得到更宽的低频带隙,从而得到更好的减振效果。通过COMSOL软件,利用周期性边界条件和布洛赫理论进行建模,计算出其能带结构并和传输特性进行比较,分析了不同结构参数下的位移模式,寻找出最优越的蜂窝状声子晶体,在对带隙范围调控上提出了新的方法和思路。     

入射角对跳弹现象影响的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,选择适当的弹丸和土壤材料参数建立了弹丸侵彻靶板的有限元实体模型,在同一初始入射速度条件下,对弹丸不同入射角斜侵彻半无限厚土壤靶进行了数值模拟.结果表明当入射角不大于75°时不能出现跳弹现象,当入射角由小变大时,弹丸从侵入靶板演变为出现跳弹现象,随着入射角的增大,越容易产...