静水压与阻尼覆盖层对圆柱壳声辐射的影响

基于有限元和边界元法,对水下结构的耦合振动和声辐射进行了数值计算。首先利用ANSYS软件建立声振模型,并计算流固耦合振动;再利用SYSNOISE软件计算辐射声场,分析了水深及阻尼材料对加肋圆柱壳水下振动和声敷设的影响。结果表明：研究圆柱壳的水下声辐射时必须考虑静水压力的作用,阻尼材料能够有效降低结构的振动及声辐射。为实艇降噪治理方案的设计及效果预估提供参考。     

压阻式加速度计的阻尼分析

从声学的角度对压阻式加速度计的阻尼给予理论上的分析,从辐射阻及声吸收两个方面阐述了阻尼的物理过程,从而确定影响阻尼的物理因素,为加速度计的阻尼调整提供理论依据。     

复合材料结构水下振动噪声仿真研究

开展复合材料夹芯板的损耗特性测试试验,获得了复合材料夹芯板结构内损耗因子,并以此作为数值计算的基础参数输入;采用声固耦合有限元分析法,对水下航行器上层建筑采用复合材料夹芯板后的振动声辐射特性进行分析;探索了壳板厚度参数对水下航行器上层建筑振动声辐射特性的影响规律,提出了复合材料上层建筑结构声学优化设计方案,旨在为上层建筑结构声学设计提供参考.     

不同检测电容结构对MEMS电容传感器性能的影响分析

改进传感器检测电容几何结构能有效改善传感器的性能。本文对梳齿电极结构、栅形电极结构及梳栅电极结构检测电容的性能特点进行分析比较,重点分析了振子质量、空气阻尼、系统阻尼系数比以及灵敏度等特性,得出在相同的外轮廓尺寸、支撑梁、振子厚度以及振子到衬底的距离的条件下,栅形结构传感器的振子质量最大,空气阻尼最小,适合制作高分辨率的传感器;在大气下,梳齿结构灵敏度增加的同时空气阻尼力也会增加,且振子质量较小,适合制作高灵敏度,低分辨率传感器结构;梳栅结构的特点居于两者之间,适合制作需要兼顾分辨率和灵敏度的传感器。通过实例计算,证明了该结果。     

MEMS密闭腔内微气流的挤压膜阻尼效应研究

针对MEMS密闭腔内微气流与压电驱动机构的耦合振动,综合采用空气挤压膜阻尼效应和能量法进行理论分析。根据等温雷诺方程求解气体压力分布,进而计算微气流挤压膜阻尼能,将其代入能量方程,与压电-硅膜的耦合动能、势能、压电电场能进行能量耦合,将由能量方程确定的压电-硅膜-微气流耦合作用下的位移振形待定系数λ′与无气流影响下的压电-硅膜耦合振动位移振形待定系数λ对比后,找到了增加的阻尼项,微气流对驱动结构振动位移的影响正是通过该阻尼项体现的。研究可为微流体的驱动及协调控制提供相关理论基础及控制策略。     

恒频声学二极管的设计及特性研究

声学二极管能控制声波仅在一个方向有效传输在反方向无法传播,在通信技术中具有广泛的应用,然而目前大多数的声学二极管设计是基于非线性效应使系统只通过新的高次频率并阻止原频率的传输.本文利用不对称结构与弱非线性声子晶体的组合,提出了一种一维声二极管模型,实现弹性波的不对称传输,并保持频率不变.该模型由左端的变幅杆和右端的非线性弹簧质量链组成,理论分析表明,该声学二极管具有与电子二极管相同的正向和反向特性,并通过有限元仿真验证了该模型的有效性.     

基于混合LES/BEM方法的汽车侧窗结构风振噪声分析

利用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）方法对某轿车的侧窗风振噪声进行计算,其结果与整车道路测试实验结果吻合良好.对相应流场下的车窗进行结构振动特性计算,结果表明汽车高速行驶时车窗结构受内外气流影响会产生微米级的振动.据此振动结果,运用边界元法（Boundary Element Method,BEM）模拟车内辐射声场分布、场点声压频率响应以及车窗板件声学贡献量,结果表明汽车开窗高速行驶时,风振噪声是汽车高速行驶时驾驶员耳旁噪声的主要来源,但在某些频率下车窗辐射声场会有明显的声学响应,其中后窗的辐射声压贡献量占主要部分,开启的侧窗声学贡献量要高于其他侧窗的声学贡献量.     

纤毛式矢量水听器新型封装结构的研究

针对仿鱼侧线的敏感单元提出了一种新型的封装,即采用与透声帽相同材料的聚氨酯代替蓖麻油进行灌封,且聚氨酯仅淹没到纤毛的一半,该封装结构能够提高矢量水听器的灵敏度.建立了水听器封装结构的声学理论模型,并由此推导出新型封装结构的透声系数.采用ANSYS对矢量水听器敏感单元封装结构进行仿真,得出传感器的灵敏度为0.259mV/...     

高g微加速度计的研究

针对侵彻过程中传感器过载失效的问题,提出了-种四边四梁结构的高g压阻加速度传感器.该结构采用硅玻键合技术控制质量块下底面到玻璃底盖的间距为5 μm,为系统提供空气阻尼使其处于最佳阻尼状态,同时玻璃底盖起到了过载保护作用,仿真分析表明该结构可承受200 000 g.的加速度载荷.最后对加工出的加速度计进行初步的测试,其灵敏度为4.5μV/g,线性度为3.1%.     

基于SOI压阻式噪声传感器的声学动态特性分析与设计

针对绝缘体上硅(SOI)压阻式噪声传感器的动态测量问题,利用声学特性分析基础进行声学结构设计,以保证噪声传感器的频响特性.设计了一种SOI感声膜芯片及与声腔结构构成的声敏感结构,通过调整结构参数可达到调整声腔的频率特性的目的.测试结果表明:噪声传感器具有良好的动态检测特性.     

基于等效模态阻尼的复合隔振系统振动计算方法

基于线性黏弹性假设,将应变能阻尼理论推广到复合隔振系统的等效模态阻尼计算中,运用Python和Abaqus编制相应的计算程序,该程序可考虑材料阻尼的频变特性。以多种材料组成的船舶双层复合隔振系统为算例,计算其等效模态阻尼和隔振器等效阻尼系数。分别采用直接积分法和模态叠加法计算系统振动响应,对比设备、筏架、船底壳的振动加速度响应,验证基于等效模态阻尼的模态叠加法的准确性。结果表明,该方法可以准确计算复杂组合模型的模态阻尼,算例的振动响应计算结果一致性较好,用模态叠加法可以大幅提高复合隔振系统稳态振动响应的计算效率。     

The quartz crystal microbalance: mass sensitivity, viscoelasticity and acoustic amplification

Quartz crystal resonators (QCR) respond to surface mass and material properties of a film coated on their surface. The acoustic load acting at the surface of the resonator is a more general parameter to describe this dependence. It can be represented by a mass factor and an acoustic factor. The quotient of resistance increase and frequency shift can be used for the determination of the acoustic factor, if the loss tangent of the coating is known. Viscoelastic properties of sensitive coatings can enhance the mass sensitivity of quartz crystal microbalance (QCM) sensors. Acoustic factor and acoustic amplification effective during chemical sensing are not the same.

We further suggest a sensor concept, which is based on a bilayer arrangement. Acoustic amplification with a viscoelastic film and chemical sensitivity is separated. With a proper selection of materials, the first layer realizes acoustic amplification while the (chemical) sensitive layer acts as a pure mass detector. Major sensor design parameters are the shear modulus and the thickness of the first layer; major challenge is the preparation of a homogeneous and uniform first film.     

压膜阻尼在声表面波加速度传感器中的应用

声表面波（SAW）加速度传感器的精度高,具有数字量输出、体积小、功耗低、抗干扰力强、可靠性高等优点,根据SAW加速度传感器工程化的需要,对SAW加速度传感 器中所采用的压膜阻尼进行了理论分析,并采用机电等效模拟技术对微间隙压膜阻尼进行了仿真,取得了较好的效果,这种分析方法同样适用于其他类型的传感器。     

非经典阻尼系统的精确解

提出了一种求解非经典阻尼系统的通用的解析方法,分别给出了多自由度非比例阻尼系统的自由振动和强迫振动的实数解的表达式.自由振动归结为求解一个线性代数方程组,把系统分为亚临界阻尼情况、退化阻尼情况和部分退化阻尼情况分别进行了讨论.对于强迫振动,研究了系统的稳态解和瞬态解,求解过程也归结为求解代数方程组.在几个算例中,把得到的精确解和数值计算结果进行了比较,两者吻合得很好.该方法为非比例阻尼系统的求解提供了一条有效的途径.     

管道内检测器声定位技术研究

根据当前对管道检测系统的需求,基于声学原理的管道地面标记技术已成为现今研究的热点与难点。创新地提出将一种高灵敏度、高信噪比的MEMS仿生声矢量传感器应用于管道内检测器的地面标记中。首先介绍了管道内检测器在管道中的发声机理和声音信号特征。由于声波的吸收系数与频率的平方成正比,所以在低频时,声波衰减小,传播更完整。针对单个声矢量传感器,经过仿真分析,单声矢量传感器具有良好的定向能力。最后,进行现场实验,绘制出定向角度表,验证了MEMS声矢量传感器应用于管道内检测器地面标记的可行性。     

分段阻尼隔振系统的动力学特性分析

针对传统线性隔振器在降低共振峰值的同时会牺牲隔振性能的矛盾,设计了一种含分段阻尼的隔振器.首先,采用移动凸轮变阻尼装置,通过凸轮廓线的设计使系统的垂向阻尼系数的受振动位移大小控制并呈现分段线性特征,分析了该装置的阻尼特性.然后将分段阻尼装置应用于隔振器中,建立了含分段阻尼的积极隔振系统模型及其动力学方程,通过能量等效原理求出了分段阻尼系统的等效线性阻尼系数,求解了简谐力激励下系统响应的理论解,并用四阶龙格-库塔法数值仿真验证了理论解的正确性.最后研究了分段阻尼隔振系统的动态特性,分析了主要参数对幅频响应特性与力传递率特性的影响.结果表明,通过合理的参数选择,分段阻尼隔振器可兼顾无阻尼隔振器与线性阻尼隔振器的优点,既能有效降低系统的共振峰值,又能保证高频区域的优秀隔振性能,为新型非线性隔振器的设计提供了理论依据.     

仿猫类落地姿态的准零刚度隔振器

对设备加装隔振装置是保证其高效工作的重要方法之一.本文从仿生学的角度,根据猫科动物落地时优秀的抗冲击能力,通过观察其落地动作姿态,利用非线性补偿原理,以空气弹簧作为正刚度结构,设计出一种具有非对称刚度特性的高静低动刚度隔振器.以其为研究对象,建立了动力学模型,利用特定的方法对非对称刚度系统进行分析求解,并与数值结果和有限元仿真结果进行对比.结果表明,在较低阻尼以及较高激励幅值下,还会出现倍周期响应甚至混沌响应.同时,通过将本文设计的隔振结构和单一空气弹簧的隔振性能对比,可以得到隔振效果明显优于单一空气弹簧的结论,从而验证了所设计隔振结构的有效性和可行性.     

动力吸振式升沉补偿系统控制性能仿真研究

针对6 000 m中国大洋多金属结核采矿系统,提出了一种动力吸振器与蓄能器复合作用的升沉补偿系统.分析说明了系统的组成及工作原理,建立了系统的数学模型;应用Matlab编程计算得到了动力吸振系统中吸振器的质量、弹簧刚度和阻尼系数;对系统进行了控制效果仿真研究.研究结果表明,在整个四级海况下,动力吸振器与蓄能器复合作用的...     

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究。实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型。为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比。试验结果表明,在0~500Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。     

Pd Control For Active Vibration Damping In An Underactuated Nonlinear System

A Lyapunov based control approach is proposed for the specification of the constant gains of an asymptotically stabilizing Proportional‐Derivative (PD) controller, devised to damp the oscillations of an underactuated nonlinear mechanical system. The system consists of a rigid beam, sliding on the interior of a spherical surface, and an actuated cart, located over the beam, which acts as an active vibration damping element.