一种新型高频热声装置的实验研究

介绍一种新型高频热声转换实验装置,产生了频率在20kHz以下的高频热声现象。通过实验研究及理论分析得出：当输入电压为正弦交流时,输出声压的频率与输入电功率的频率相同,都为输入电压频率的两倍,声压幅值与电压幅值的平方成正比;当输入电压为直流与正弦交流叠加时,声压曲线形状及声压幅值取决于直流与交流的电压相对幅值。实验装置是一无任何运动部件的小型高频发声器,可以作为一种特殊的小型声源发生器使用。     

石墨烯薄膜热声性能的三维数值计算与测试

对石墨烯薄膜进行电-热-声耦合的三维建模计算,并将计算结果与实验测试值进行对比分析。首先建立了通电石墨烯薄膜焦耳热的三维模型,计算出石墨烯薄膜表面的温度振荡和稳态温度分布;在此基础上,建立了热黏性声学和压力声学耦合的声扩散模型,计算出空间中声压的分布;分析了基底和空气参数对石墨烯薄膜发声的影响;最后对通电石墨烯薄膜进行温度测试和声压测试。结果表明：三维模型数值计算的温度分布与测试结果吻合良好,数值计算的声压值比一维近似解析解更接近实验值,验证了数值计算方法的有效性。三维模型的数值计算方法在复杂边界条件下分析薄膜的声学性能更具优势。     

圆柱绕流气动噪声数值分析

为了快速预测刚性圆柱绕流的气动噪声,研究了一种将离散涡方法(DVM)和涡声理论结合起来计算低马赫数、高雷诺数流场气动噪声的方法。首先用Oseen粘性涡模型改进了离散涡方法并模拟了圆柱绕流,分析结果与实际情况相符。根据流场计算的结果,应用涡声理论进一步计算了远场的声压。测点的总声压级与实验值及其他数值计算结果都比较吻合。最后绘制了声场的指向性特性曲线,表明圆柱绕流声场明显的偶极子特性。     

填料物性对热声器件谐振频率的影响

利用热声网络理论,对热声器件谐振频率进行了分析计算,揭示了热声器件的谐振频率与其填料物性的关系,利用数值计算分析了填料物性对热声器件谐振频率的影响.结论表明在声压一定的情况下,热声器件谐振频率分别随着其填料物性:横截面积、比定压热容以及密度的增大而增大;随着声压的增大,谐振频率分别随填料的横截面积、比定压热容以及密度的增大而增大得更快.     

均匀活塞阵辐射声场研究

主要研究了均匀活塞阵的近-远场的辐射声场。首先利用点源声波干涉原理建立均匀点源活塞阵的辐射声场理论,进而推导均匀活塞阵的近-远场的辐射声场函数表达式,并采用Matlab软件仿真了近-远场的辐射声场,分析了近-远场的声场变化规律、声轴方向声压的变化规律和旁瓣级的变化规律。通过与实测的80 kHz均匀活塞阵换能器近-远场的辐射声场对比,表明了实测结果与仿真结果基本一致,验证了理论与测量方法的可行性,能够为实际测量工作提供指导。     

热声制冷机声功的测量

将一种较为实用的两传感器的声功测量方法，应用于热声制机声功的测量中，分析和研究了制冷机声压和声功率随频率的变化特性，使用网络模型计算的结果与实验结果能较好地吻合，本研究也是对作者所开发的热声热机网络模拟计算程序和两传感器声功测量方法的验证与应用。     

热声热机系统声场研究

从热声热机的驻波热声效应机理出发,系统地研究了其中的声压和声速的相位关系式,指出实际的热声热机系统声场为驻波和行波混合声场,要提高循环效率,必须采用不同的循环气体和热声叠来适当地控制其中的驻波比.     

热声热机的网络模型与仿真研究

介绍了热声热机的网络模型和其仿真计算方法。所开发的计算程序能预测热声系统的声场、回热器等元件及系统的阻抗、以及包括制冷量、制冷温度、热流、声功和ＣＯＰ等的性能参数。本模型的仿真研究将为热声系统的优化设计提供前提和依据。     

热声热机系统振荡频率的理论计算与实验验证

以热声发动机为例采用网络模型计算了热声热机系统的振荡频率，得出振荡频率为复频率，其实部代表实际频率，虚部表示压力幅值的衰减程度。对热机系统在各种不同的情况下(包括不同大小的谐振腔、板叠间距、气体静压、系统长度)进行了数值计算，理论计算值与实验结果能很好的吻合。     

哑铃形热声谐振器的谐振频率

热声自激振荡模态取决于声学谐振器结构形式和特征尺度。级联型热声热机依靠哑铃形谐振器来调制所需要的局部高阻抗行波声场,谐振管通常由几段不同横截面的管段组成。哑铃形热声谐振器的谐振频率由共鸣腔容积、谐振管截面和长度共同决定。根据哑铃形谐振器不同截面管段内的声传播规律、共鸣腔声学边界条件以及管段间的声压和体积流率连续条件,利用行波叠加的方法,建立均匀管模型、变截面模型和热声网络模型,得到了系统谐振频率随共鸣腔容积变化和谐振管特征尺寸变化的规律。系统谐振频率的变化将引起最佳听音点的位置的移动,进一步起到调节回热器声阻抗的作用。实际热声热机实验研究中,通过改变谐振器特征尺度或结构形式调节系统的谐振频率,也是热声热机调试过程中实现自激振荡的主要手段。     

声流对单管道周围换热特性的影响

通过仿真与实验的方式,研究声波影响管道外部的流动和换热特性。在仿真中,对输入声压级相同时,不同频率的声流速度进行研究,结果表明频率对管壁处平均声压级的影响较小,但对管壁周围切向速度的影响较大。基于声波对流场分布的影响,在实验中研究不同声压级和频率对单根钢管换热的影响,结果表明声压级不变,频率越低,钢管换热效果越好;频率不变,声压级越大,钢管换热效果越好。仿真与实验结果表明：管道周围的换热效果与声流速度的大小成正比,而声流大小与频率和激励速度直接相关,激励速度越大,频率越低,钢管附近声流运动越剧烈,采用低频高声压级的声波能够加速钢管的换热过程,该研究为声波影响管道换热特性提供了理论依据。     

有限大障板上轴对称扬声器声压级的近似计算方法

扬声器声压级测试一般是将扬声器安装在矩形标准障板上进行的,而要通过仿真分析方法准确计算该扬声器在这种声场条件下的声压级,以往只能采用3D模型,其计算量非常大。提出了一种近似计算方法,将有限大障板近似为很多个扇形障板块的组合,再利用2D轴对称模型的仿真分析方法计算每个扇形障板块影响下的声压,进而得到轴对称扬声器安装在该有限大障板上的声压级。这种方法使仿真分析模型与实际测试相符合,同时也避免了规模庞大的3D仿真计算。     

波数空间中活塞辐射体近场声压分布的计算及测试

在近场范围内,声源在任何平面上的声场都可以通过平面传播波和倏逝波的叠加来得到。以圆形活塞为例,在波数空间中利用角谱法求得其辐射声场的传播波和倏逝波的分布。借助数值分析方法,对圆形活塞声源声轴线上的声压进行计算,得到相应的近场声压分布曲线。由角谱法计算得到的近远场分界点与点源组合法所得结果一致。对不同声源半径时,不同辐射频率下的声压分布曲线进行比较,得出了近场声压的变化规律。阶梯圆盘在辐射理论上应等于对应圆形活塞的辐射。对设计的阶梯圆盘的轴向声压进行了测试,实验测试结果与理论计算结果基本吻合。     

结构参数对截锥弹低速正侵彻装甲靶的影响

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对截锥形动能弹低速正侵彻装甲靶作用行为进行了分析,获得了弹头锥角、前级半径和着靶速度对侵彻性能的影响特性,并对目前常用的侵彻理论模型进行了验证。数值模拟结果表明,弹头锥角和前级半径是影响截锥形动能弹侵彻性能的重要因素;着靶速度对侵彻深度和侵彻过载有显著影响,对弹体变形也有一定影响。实验结果与数值模拟结果吻合较好,而侵彻理论模型与实验结果有较大差别,侵彻模型并不适合分析存在一定变形的弹靶侵彻问题。     

基于FEM和BEM法的大型立式齿轮箱振动噪声计算及测试分析

根据某大型立式行星传动齿轮箱的结构和安装特点,基于FEM法建立了该齿轮箱的和有限元模型,对其进行了振动模态分析,计算了其模态频率和稳态不平衡响应;基于BEM法建立了该齿轮箱的外声场边界元模型,导入了齿轮箱振动稳态不平衡响应结果作为声学边界条件,对辐射声场进行了数值计算和仿真分析。通过对齿轮箱进行现场振动和噪声测试分析,得到的测试结果与理论计算结果较为一致,表明了理论计算的可行性和准确性     

摄像机景深及其运用

本文基于摄像机景深的基本理论剖析,对标清摄像机与高清摄像机的景深比较分析和计算,从而掌握景深与摄像机相关参数的依存关系;并在实际拍摄中实现电视画面构想中的景深控制,完成画面创作。     

Ice-assisted electron beam lithography of graphene

We demonstrate that a low energy focused electron beam can locally pattern graphene coated with a thin ice layer. The irradiated ice plays a crucial role in the process by providing activated species that locally remove graphene from a silicon dioxide substrate. After patterning the graphene, the ice resist is easily removed by sublimation to leave behind a clean surface with no further processing. More generally, our findings demonstrate that ice-assisted e-beam lithography can be used to pattern very thin materials deposited on substrate surfaces. The procedure is performed in situ in a modified scanning electron microscope. Desirable structures such as nanoribbons are created using the method. Defects in graphene from electrons backscattered from the bulk substrate are identified. They extend several microns from the e-beam writing location. We demonstrate that these defects can be greatly reduced and localized by using thinner substrates and/or gentle thermal annealing.     

水中目标强度的一致性时域有限差分计算

本文应用一致性时域有限差分法（FDTD）和近场-远场变换计算散射声目标的反射声压强度，找出反射声压级与目标声中心到换能器间距离的关系。数值计算中考虑了自由场和有海面及海面波浪影响时的不同情况。根据声源和目标的几何特征对入射波和散射波分别作了球面和柱面扩散修正，并将计算结果与水池实验结果进行了比较。本文的讨论可对水下目标强度测量方法提供参考。     

A numerical fracture analysis of indentation into thin hard films on soft substrates

In this paper, finite element simulations of spherical indentation of a thin hard film deposited on a soft substrate are carried out. The primary objective of this work is to understand the mechanics of fracture of the film due to formation of cylindrical or circumferential cracks extending inwards from the film surface. Also, the role of plastic yielding in the substrate on the above mechanics is studied. To this end, the plastic zone development in the substrate and its influence on the load versus indentation depth characteristics and the stress distribution in the film are first examined. Next, the energy release rate J associated with cylindrical cracks is computed. The variation of J with indentation depth and crack length is investigated. The results show that for cracks located near the indenter axis and at small indentation depth, J decreases over a range of crack lengths, which implies stability of crack growth. This regime vanishes as the location of the crack from the axis increases, particularly for a substrate with low yield strength. Finally, a method for combining experimental load versus indentation depth data with simulation results in order to obtain the fracture energy of the film is proposed.