浅海中声源激发的Scholte波频率特性研究

为了研究Scholte波能量集中在甚低频段的特性。基于浅海声场模型,利用高阶交错网格有限差分算法,仿真分析了硬海底和软海底条件下Scholte波的幅度与声源频率之间的关系。结果表明:两种海底条件下Scholte波的幅度均随声源频率增加而逐渐减小;开展海上气枪和货轮激发Scholte波的试验,气枪试验分析结果表明:Scholte波受声源频率影响较大,声源频率越高越不利于激发产生Scholte波;货轮试验分析结果表明:Scholte波的能量主要集中在10～25 Hz,频域特征稳定,传播距离远、衰减慢,当货轮由远及近航行时Scholte波能量由弱变强,呈现与货轮航行状态相符的变化趋势。     

社区尺度斜入射波场下场地-建筑群耦合作用模拟方法

场地-城市相互作用(site-city interaction, SCI)效应会显著改变场地地震波场分布及建筑反应,基于SCI效应理论计算研究方法的发展现状,发挥谱元(spectral element, SE)法可快速高效求解三维地震波场传播和多自由度(multi-degree of freedom, MDOF)模型计算量小且可同时模拟大量建筑的优势,同时,结合频率波数域(frequency wave number analysis, FK)方法,以等效地震荷载的方式施加地震波场,建立了FK-SE-MDOF耦合方法,实现了SE-MDOF耦合模型中多种波型(P波、SV波和SH波)的斜入射输入,解决了当前三维SCI效应研究方法中未能同时考虑建筑非线性、频谱特性、地震波波型及入射角度影响的问题。首先对方法原理进行了介绍;然后,通过与振动台试验的对比,验证了方法的正确性;进而,采用该方法建立理想场地-城市建筑群相互作用耦合模型,主要探讨了入射角度和地震波波型对SCI效应的影响,得到了一些有益结论。该方法较为真实地反映SCI效应影响的同时,可反映建筑基础轮廓对地震波场的影响,适用于需考虑建筑轮廓...     

地震资料重叠炮信息的消除方法研究

多源地震资料涉及地震波场分离和干扰波的去除处理,针对要解决的重叠炮记录去除技术难点,利用噪声在不同域中表现形式不同的客观规律,根据观测系统的具体情况将炮集处理域转换成共炮检距域或仪器通道号域,使记录中的重叠炮相干噪声转化为随机噪声,采用FX反褶积等噪声去除技术来去除随机噪声,实现去除重叠炮干扰。该技术可应用于可控震源密集激发资料中的重叠炮记录的处理,也可应用于其它震源激发记录中的重叠炮、机械干扰等的处理。     

孤子局域共振激发的一种物理模型

作为非线性领域的重要内容,孤子自从被发现以来就得到了广泛的关注。虽然目前关于孤子的传播及其相互作用性质等方面的研究已经相当成熟,但是对于孤子的产生问题仍然没有系统的认识。孤子产生问题的深入研究,不仅对于理解自然界及物理系统中的非线性现象十分重要,对孤子现象的工程应用也极为重要。基于这些原因,一些孤子激发方法的研究不断被提出。在非线性阵列带隙中的能量超透射现象激发孤子理论的基础上,局域共振孤子激发的方法被提出。该方法通过在半无限长β-FPU链中加入缺陷来引入局域共振机制,不仅有效降低了孤子激发的临界驱动振幅,还实现了孤子激发的可控操作。然而,虽然理论分析与数值模拟都证明了这一方法的可行性,但关于该方法的相关实验验证还是空白。为了进一步将该方法推向实际实验,提出了一种简易可行的实验方案,并做了深入的理论分析与大量的数值模拟。该方案给出一种物理模型,该模型以线性弹簧为基本元件,利用结构的几何非线性来构建β-FPU链,并以耦合摆阵列来实现。通过大量数值模拟证明了该方法的可行,同时研究了孤子释放周期与驱动频率、振幅的关系,结果与前述理论一致。此外,还通过数值模拟研究了孤子的激发周期与缺陷处阻尼大小的关系,以及单元质量不均匀性对孤子激发与传播的影响,为进一步实验提供依据。     

液浸多层薄膜-基底结构中Scholte界面波特性研究

多层薄膜-基底结构在工业领域有广泛应用，其中薄膜的厚度与弹性参数等特性对结构与器件性能有显著影响。但对多层薄膜材料参数进行无损定征较为困难。考虑界面波对界面附近材料特性敏感的特点，以及分层薄膜导致液固界面Scholte波频散与分层材料速度分布密切相关等因素，文章首先利用全局矩阵理论分析了分层结构中的声传播，并给出界面上脉冲激励的声压表达式，据此对水浸双层薄膜-基底三层结构材料声速呈正梯度、负梯度、随机分布三种结构中液固界面Scholte波的频散曲线进行数值计算。进一步详细计算了法向脉冲线源激发的界面波瞬态信号随薄膜厚度的变化。结果显示，三种结构中两层薄膜厚度均对液-固界面波频散特性有显著影响，同时不同膜厚对不同频段的Scholte波的“捕获”作用(频率选择性)十分明显。该结果为进一步利用Scholte波频散特性进行多层薄膜厚度定征提供了理论依据。     

基于频率-波数分析的激光Lamb波传播特性试验研究

Lamb波的频散和多模态特性,使得利用Lamb波信号的时域或频域特征实现缺陷的定量检测具有一定的困难。提出了一种在频率-波数内分析激光Lamb波传播特性的方法。基于全光学型激光超声检测系统,脉冲激光在固定位置激励,连续激光一维线扫描接收,获得时间-空间波场信号,可直观地显示激光Lamb波信号的传播特性以及激光Lamb波与缺陷之间的作用规律。采用二维傅里叶变换将波场信号从时间-空间域转换到频率-波数域,可有效识别信号中包含的各模态信息。为了保留空间信息,借鉴短时傅里叶变换的思想,采用短空间二维傅里叶变换得到沿扫描路径上波数的分布,从中可直观看出缺陷的位置。采用带通滤波结合连续小波变换的方法对短空间二维傅里叶变换的结果进行了优化。分别在有、无缺陷铝板中进行了试验研究,试验结果验证了该方法的有效性。     

基于最优Morlet小波和SVD的滤波消噪方法及故障诊断的应用

分析了传统的小波去噪方法和小波变换的滤波特性.利用小波变换技术、奇异值分解技术和Morlet小波良好的时域和频域特性,提出了基于最优Morlet小波和SVD的滤波消噪方法.首先,采用最小Shannon熵方法确定出最优Morlet小波;然后,利用奇异值分解技术确定出最佳变换尺度a;最后对信号进行滤波消噪处理,从而提取信号中的有用成分.实验结果表明,该方法具有良好的去噪性能,用于故障特征提取是有效的.     

子波变换在复合材料损伤主动监测中的应用

基于传统信号处理对非平稳信号的局限, 分析了子波变换下奇异信号和白噪声在多尺度空间中模极大值传播特性, 对仿真声发射信号进行处理, 结果表明该方法能有效地从声发射信号中提取声源位置信息, 并提出了一种有效提取该信息的算法, 说明了该方法在复合材料结构损伤主动监测中的应用前景。      

基于Gabor-Hough变换二值积累的空中声源过顶检测研究

从航空声源水下声场建模出发,提出了对运动声源过顶信号检测的Gabor-Hough变换二值积累检测算法.声源激发的水下过顶信号在短时间内可以用线性调频信号提供良好的近似,采用Gabor-Hough变换将过顶信号的检测转化为参数空间中的局部峰值检测,而Gabor-Hough变换对强分量杂波掩盖下的弱分量检测能力有限,针对空中声源辐射噪声能量差别较大的特点,提出了二值积累方法检测声源激发的水下信号,仿真实验结果验证了该算法的有效性.     

波叠加联合波束形成的局部声场重建技术研究

传统近场声全息是以快速傅里叶变换为基础的,在有限测量孔径条件下将产生窗效应和卷绕误差,因此一定程度上制约了其在工程上的应用。基于此,提出了一种基于波叠加联合波束形成的局部声场重建技术。首先利用波束形成对传声器阵列采集的声场信息进行分析计算,获得声源的具体位置;然后在该位置配置等效源,并利用迭代算法对局部声场的数据扩展;最后应用扩展后获得的声场数据进行重构。该技术只需要少量的传声器就可以方便快速的实现声场重建。在半消声室内采用两个音箱模拟声源进行研究,实验结果表明:在小测量孔径下该方法可以准确的重构外部声场,拓宽了近场声全息在工程中的应用范围。     

调制声源的统计最优近场声全息技术研究

常规近场声全息技术分析调制声源产生的声场得到的结果无法正确识别和分析声源的调制成分。本文展开了调制声源的统计最优近场声全息分析,具体方法为先通过Hilbert变换解调调制声场的声压信号,提取出调制成分,然后再对调制成分进行统计最优近场声全息分析重建调制声源。通过扬声器实验和空压机调制声源识别实验证明了该方法在工程应用上的有效性。     

一维六方准晶纳米板中Lamb波特性研究

准晶纳米结构在工程中经常承受以弹性波为代表的动态工作载荷，为深入研究其动态失效机制，研究了一维六方准晶纳米板中Lamb波的波动特性。基于修正的偶应力理论，推导出Bak模型下Lamb波的波动控制方程，使用勒让德正交多项式方法 (LOPM)求解该动力学方程，计算得到其频散曲线和位移分布。研究了声子场和相位子场尺寸效应、声-相耦合效应对波动特性的影响。结果表明：尺寸效应使声子模态和相位子模态相速度增大；声-相耦合效应显著地增大了声子模态中的相位子位移振幅和相位子模态中的声子位移振幅。研究结果为准晶纳米结构的设计和无损检测奠定了一定的理论基础。     

一种基于改进的傅立叶变换的弱故障信号特征提取新方法研究

弱信号特征提取一直是故障诊断领域的难点,文章结合传统傅立叶变换,提出一种将时间序列变换为频域,再从频域转换到时域的复数域,并对该复数域进行幅值计算的方法对弱信号进行特征提取。通过仿真计算发现该方法突出了信号的局部特征信息,不仅能对夹杂在信号中的微弱冲击成分进行较好的再现,而且也能在强背景噪声环境下提取微弱故障信息。最后通过齿轮齿面接触型故障实验验证了该方法的有效性。     

声场中倏逝波特性及改进全息重建方法的研究

近场声全息是通过在紧靠被测声源物体的近场测量面上记录全息数据,不但可以记录传播波成分,还可以获得反映声场高空间特性的倏逝波成分。通过分析传播波和倏逝波在声场中的分布情况与声场空间位置、声源大小及频率的关系,得出了传播波和倏逝波在空间声场中的变化规律、影响因素以及二者之间的对应关系。通过对不同背景噪声下倏逝波的传播情况确定了可利用倏逝波传播距离。在此基础上,提出了一种改进的声全息方法,通过用这种方法,可得出声源面上传播波与倏逝波成分,获取等效于近场声全息的重建结果。最后,通过仿真验证了这一结果。     

不同浅海环境下点声源海底地震波特征研究

航行舰船在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,主要由舰船低频辐射噪声引起,可用于识别舰船目标。将舰船地震波简化为液固多层半无限空间低频点声源引起的地震波动问题,基于波数积分方法,通过FFP数值积分得到了海底表面声压、位移和加速度的频率特性曲线,分析了不同浅海环境对点声源海底地震波的波动特征的影响。结果表明：软质海底竖直方向加速度具有明显的低频通过特征,点声源海底地震波频域特征具有方向性;接收横距、岩土层吸收衰减系数和软硬程度、水深、沉积层厚度等均对点声源海底地震波的波动特征具有影响。     

基于波场分离的不规则地形下地震波输入方法

不规则地形条件下斜入射地震波场求解难度较大，以往的方法在计算精度和适用范围方面仍有不足。该文结合解析推导和有限元模拟，提出了一种基于波场分离技术的不规则地形条件下地震波输入方法，将地震P波和SV波在不同边界下进行波场分离：垂直入射时在侧面边界上分离为自由波场和散射波场，底部边界上分离为入射波场和边界外行场；斜入射时将输入侧对面的边界改为分离成入射波场和边界外行场；并充分考虑局部地形条件的影响，还基于改进的波动方法以便捷地输入节点力。同时对比了多组不同地震入射角度下规则场地和不规则场地的振动反应。结果表明：该方法在多类地形条件下计算精度与效率均较高，适用范围广且易于推广至复杂场地条件，并发现地震波入射角度和局部场地条件对地表位移响应影响较大。该研究可为不规则地形条件下的振动响应分析提供有效的手段。     

一种基于改进的傅里叶变换的弱故障信号特征提取新方法研究

弱信号特征提取一直是故障诊断领域的难点,文章结合传统傅里叶变换,提出一种将时间序列变换为频域,再从频域转换到时域的复数域,并对该复数域进行幅值计算的方法对弱信号进行特征提取.通过仿真计算发现该方法突出了信号的局部特征信息,不仅能对夹杂在信号中的微弱冲击成分进行较好的再现,而且也能在强背景噪声环境下提取微弱故障信息.最后通过齿轮齿面接触型故障实验验证了该方法的有效性.     

应用轮廓波和稀疏编码收缩法消噪毫米波图像

结合以峭度为稀疏标准的稀疏编码算法的高阶统计特性以及轮廓波分解的方向性和能量变化特性,提出了一种新的基于轮廓波和稀疏编码收缩技术的毫米波图像消噪方法。稀疏编码是一种有效的模拟视觉系统的图像特征提取方法,根据提出的特征系数的稀疏先验分布知识,能够自适应地确定收缩阈值。把该收缩技术应用到轮廓波变换域,能够很好地减弱毫米波图像中的未知噪声。采用相对信噪比评判消噪图像的质量,仿真实验表明,与标准稀疏编码收缩方法、轮廓波变换域降噪方法以及小波软阈值收缩方法相比,该降噪方法能够获得较好的图像恢复质量。     

基于WVD-Radon变换的宽带延展目标回波参数提取

分析了宽带延展目标的时延一时间伸缩效应及其导致的回波信号在时域和频率域的特性；针对LFM信号的时频分布特点，利用WVD和Radon联合变换技术，提取LFM信号在时一频域分布上的特性参数，提出了一种宽带延展目标回波参数提取方法，得到了目标的时延一时间伸缩分布．仿真结果表明，该方法是可行的．     

基于误差估计的发动机排气声源特性间接识别模型求解方法研究

用于发动机声源特性识别的线性时不变频域模型仍然是较为实用的方法,但尚存在求解误差大、对输入误差敏感、识别及求解过程复杂等问题。为了提高声源识别的准确性,建立了间接法声源特性识别的误差估计方法,即声源声压离散度估计和声源阻抗值偏差估计。将识别模型中超定非线性方程组中的方程式进行两两组合,通过解析几何的方法直接求解方程组,获得声源特性参数的多个解,再利用声源阻抗值偏差估计选取最优解。经分析计算,获取的声源特性参数的误差估计值要明显低于传统四负载法。最后,采用三维声流耦合仿真方法对获取的声源特性参数进行验证,仿真预测的远场响应点声压值与试验结果吻合良好,表明基于误差估计的声源特性参数最优选取法可以获取更加准确的发动机声源特性参数,减少识别误差和识别的复杂程度。