层状含气泡非饱和多孔介质的声反射与声透射

为了得到声波从水入射到含气泡非饱和多孔介质层的反射和透射规律,气泡对多孔介质声学特性的影响以及层状固体介质对声波的反射和透射一直是水声领域重要的研究课题。分析了基于气泡振动修正的Biot波动方程和弹性模量,将介质层中三种透射波的平面波解代入修正后的Biot波动方程,通过分析平面波垂直入射的边界条件推导了声波的反射系数和透射系数。数值分析表明,气泡的大小、含量以及介质层的厚度是影响声波在层状多孔介质声学特性的重要因素。当入射声波频率很低时,介质层尺度相比波长而言很小,呈现很好的透声性能;声波频率很高时,波长很小,透射系数和反射系数都呈现振荡趋势;而当声波频率在气泡共振频率附近时,气泡的共振引发层状多孔介质的高衰减,使得声波很难穿透。     

斜入射下多层均质复合板结构的声透射

为研究多层均质复合板的声透射性能,将其简化为多层均匀介质,考虑了平面声波斜入射下介质中声吸收和剪切力的影响,建立了各层介质中前行波和回行波声势幅值之间的传递矩阵,推导了整体透射系数的计算公式.算例分析表明:夹芯板的整体投射系数随着平面入射波的频率的升高而降低,面板厚度、芯板厚度、芯板弹性和剪切损耗因子的增大将会降低整体透射系数,而且面板厚度比芯板厚度的影响大,芯板剪切损耗因子对整体透射系数影响很小.     

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.     

H型翅片管换热器声波吹灰性能参数优化分析

为了更准确高效地解决换热器积灰现象严重导致的换热效率降低、设备故障频发等问题,同时为换热器声波吹灰装置的设计提供更全面精确的理论指导,结合COMSOL Multiphysics多物理场有限元仿真软件,以H型翅片管换热器为物理原型,建立了声、固、流三场耦合的三维吹灰模型,开展了在不同声场流场参数下管道受力特性的分析研究,探讨了针对H型翅片管换热器的声波吹灰性能的参数优化.结果表明:该模型可以准确反映H型翅片管换热器在声波吹灰过程中的受力分布特性;位置相近的情况下,光管与鳍片交界处的受力明显高于鳍片部分的受力;点声源频率在200 Hz左右时,管道受力基本达到最大,小于或大于200 Hz管道受力则逐渐减小;考虑流场流速影响时,迎风面受力大于背风面受力.仿真结果为声波吹灰技术在换热器中的应用提供了设计指导.     

基于声波除灰的单排管阵列声场特性分析

基于边界元法,以单排管阵列为模型,运用ANSYS软件建立边界元模型,用振动—噪声分析软件SYSNOISE模拟计算了在不同位置的点声源激励作用下,管壁表面声场分布特性及指向性;通过计算场点,得出管阵列周围和远场的声场分布特性图。计算结论对于声波除灰技术的发展及应用均具有实际意义。     

水中夹层复合材料表面声反射的研究

为了降低水下航行器和物体表面的声反射和声辐射强度,可以采用玻璃钢夹层结构代替单层玻璃钢结构利用传递矩阵法得到了多层介质声波反射透射的计算公式,通过对一个实验样本的计算和实验测试结果比较,表明此种计算方法可行.在此基础上,仿真模拟计算了层厚度、夹芯的密度、声速、厚度等参数改变时,玻璃钢夹层结构的声压反射系数,分析比较了玻璃钢夹层替代单层玻璃钢表面的声反射特性.研究表明:在频率小于15kHz范围内,玻璃钢夹层可以使声波的反射控制在很小的范围,配合吸声涂层的使用,可以在更大的频率范围内达到很好的声隐身效果.     

矩形翅片椭圆管和圆管换热器的数值仿真

利用CFD计算方法,对矩形翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,并与同周长、同横截面和同迎风面矩形翅片圆管换热器进行了比较.分析研究了矩形翅片椭圆管和圆管的换热和阻力特性,以及速度、温度、压力的内部流场分布特性.结果表明,矩形翅片椭圆管的换热性能优于圆管换热器;矩形翅片椭圆管尾部涡流小,出口速度均匀;与圆管相比,椭圆管矩形翅片在工程应用中可以减少阻力损失,增强换热系数.     

声波导中空间类自弯曲波束构建研究

针对类自弯曲波束的构建问题,本文提出一种在波导内构建空间类自弯曲波束的方法。含可吸收液态散射体波导中声波发生能量全透射时,声波将绕过散射体传播。通过人为设计声波导中散射体的形状,将散射体边界拟定为传播轨迹,计算对应的全透射声场,构建出以散射体边界为轨迹的类空间自弯曲波束。采用相同手段构建了浅海声道轴高汇聚波束,获得的类自弯曲波束能够在传播时表现出自发弯曲特性,且保留了自愈性,即使主峰被截断,声波传播一定距离后也会自动重构主峰。自发弯曲特性和自愈性使得这些波束在强抗干扰声通信方面具备应用潜力。获得的声道轴高聚焦波束在传播时高度汇聚于声道轴附近,与海面海底无相互作用,可用于超远距离声通信。本文方法亦适用于发掘更多特殊空间波束。     

共线声光效应中模式转换效率的理论分析

利用多层结构声表面波的精确模型对决定衍射光栅常数的声表面波传播特性进行了研究,其衍射光栅可使波导中导模向漏模转换,这一现象可用耦合模理论解释。模式转换效率可化作声波频率、声光作用长度、波导厚度和声波功率密度的函数,并利用数值计算得出结果。     

竖直地埋管换热器多个钻孔地层热阻计算方法

为解决国家规范中关于多个钻孔热干扰下的地层热阻计算问题,针对竖直地埋管换热器系统,提出了矩形阵列钻孔布置中不同参考钻孔下的地层热阻数值计算方法,并通过算例模拟分析研究了不同钻孔布置形式以及不同钻孔间距情况下的地层热阻分布.结果表明:规则矩形阵列钻孔布置的中心位置地层热阻最大,且布置形式越趋近正方形,钻孔间距越小,地层热阻越大;而不规则矩形阵列钻孔布置的最大地层热阻位置会根据未布置钻孔点位发生相对偏移,但偏移量可忽略.研究成果可为竖直地埋管换热器设计提供理论参考.     

竖向地震下超高层建筑结构的简化波动分析

为研究近断层地区竖向地震下超高层建筑结构的脉冲波动效应,将典型超高层建筑结构体系分别简化为一维和二维模型,在弹性范围内,确定纵波通过集中质量的反射和透射系数,以时域差分延时和FFT频域滤波为求解策略,用简化波动分析方法计算结构在竖向地震下的宏观响应,评估结构在竖向地震下的抗震性能．分析表明,与振动分析方法相比,波动分析方法在计算结构竖向地震响应时更具有针对性,特别是近场脉冲型竖向地震下．竖向地震引起轴向构件的轴力波动和相对错动不容忽视．     

各向异性分层介质的电磁波传播特性

为了分析电磁波在分层各向异性介质中的传播特性 ,从无源区域的Maxwell旋度方程出发研究了非均匀各向异性介质中的特征波 .导出了一般各向异性介质中电场和磁场横向分量的耦合矩阵 ,由此得到了传播矩阵 ,进而给出了计算分层各向异性材料的反射系数和透射系数的解析表达式 .这种方法对于分析分层各向异性介质的电磁反射和透射特性是有效的     

二维半空间时域有限差分瞬态场外推方法

提出用于二维半空间时域有限差分的瞬态场外推计算方法． 该方法把上半空间远区场分作3部分：第1部分是上半空间外推边界上电磁流辐射场沿直达波路径的贡献;第2部分是该电磁流辐射场沿反射波路径的贡献;第3部分是下半空间外推边界上电磁流辐射场沿透射波路径的贡献． 关于后两部分的计算要点是: 用斯奈尔定律确定外推边界上电磁流辐射场的反射点和透射点,并把它们投影至沿观察点方向的时间盒子中;计算电磁波从等效源至反射点或透射点所需的时间,以此确定真正的投影时间盒子;用相应极化波的反射或透射系数作为沿反射或透射路径对远场贡献的比例系数;最后用两个模型验证二维半空间瞬态场外推算法．计算结果与已报道成果具有很好的一致性．     

The effects of point defects on transmission coefficients in two-dimensional piezoelectric phononic crystals

Based on finite-difference time-domain(FDTD) method,the wave propagation and localization in two-dimensional defect-containing piezoelectric phononic crystals are investigated when the mechanical-electrical coupling is taken into account.The characteristics of localized defect modes are studied,and the effects of the number and direction of defects on the defect modes and transmission coefficients are discussed.Numerical results of defect modes and transmission coefficients are presented for BaTiO3/polymer piezocomposite,and from which we can see that the number and direction of defects have pronounced effects on the defect modes and transmission coefficients.The results also show the existence of elastic wave localization in piezoelectric phononic crystals containing defects.     

Energy flux characteristics of seismic waves at the interface between soil layers with different saturations

Based on the multiphase poroelasticity theory describing the propagation of waves in the unsaturated fluid-saturated porous medium, the reflection and transmission coefficients of the seismic waves at the interface between soil layers with different saturations are obtained. Our unsaturated model consists of a deformable skeleton in which two compressible and viscous fluids (i.e., water and gas) flow in the interstices. Three compressional waves (i.e., P1, P2, and P3 waves) and one shear (i.e., S wave) wave exist in the unsaturated soils. The expressions for the energy ratios of the various reflected and transmitted waves at the interface during the transmission and reflection processes are presented in explicit forms accordingly. At last, numerical computations are performed and the results obtained are respectively depicted graphically. The variation of the energy ratios with the incident angle, wave frequency and saturation degrees of the upper and lower soil layers is illustrated in detail. The calculation results show that the allocation of incident seismic waves at the interface is influenced not only by the angle and frequency of the incident seismic waves, but also by the saturations of the upper and lower soil layers. It is also verified that, at the interface, the sum of energy ratios of the reflected and transmitted waves is approximately equal to unity as was expected. This study is of importance to several fields such as geotechnical engineering, seismology, and geophysics.     

Interaction of oblique waves with an array of long horizontal circular cylinders

The scattering and radiations of linear oblique waves by multiple long horizontal circular cylinders submerged in water of finite depth are investigated using the multipole expansion method. Analytical expressions for the diffracted and radiated potentials are given as a linear combination of infinite multipoles. The unknown coefficients in the expressions are determined by using the addition theorem of the Bessel function and the cylinder boundary conditions. Also analytical expressions for wave forces, hydrodynamic coefficients and reflection and transmission coeffi-cients are derived. The present analytical solution is verified through the boundary element method and applied to investigate three different cases of the interaction of oblique waves with multiple submerged horizontal circular cylinders. The results show that the number of cylinders, the arrangement and spacing between cylinders play an important role in wave forces, hydrodynamic coefficients and reflection and transmission coefficients. Some interesting and important phenomena are ob-served in numerical experiments.     

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明：模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。     

Si/SiO2周期性多层膜反射特性的FDTD数值模拟

Si/SiO2周期性多层膜是一种电介质型频率选择表面,它与金属型频率选择表面相比具有较小的吸收损耗。从介质波导理论出发,可以分析电介质型频率选择表面的反射与透射机理。与均匀介质层相比,介电常数呈周期变化的电介质层可能会激发出满足相位匹配条件k0sinθ=βg的导波模,从而在介质板的上表面与下表面辐射出与导波模具有相同波数的平面波。介质层上再辐射的平面波与上表面直接产生的反射波叠加便形成了总的反射场。当两种波相位相同时,就会增强总反射,否则反射将会减弱,并且透射波也会有相同的规律。采用周期结构时域有限差分方法可对一种Si/SiO2周期性多层膜的反射特性进行数值模拟,并计算出波长在1~100 mm微波波段的反射系数。计算结果表明,当入射角为45°时,入射波长在5,9,20 mm处具有很高的反射系数(均达到0.88以上)。因此,通过调整相关参数可以获得所需的频率选择表面。