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.     

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.     

弹簧刚度对嵌入式振荡水柱波能装置水动力性能的影响

提出嵌入方箱式防波堤的垂荡式振荡水柱（OWC）波能装置,利用开源计算流体动力学库OpenFOAM及工具箱waves2foam,对该波能装置的能量转换效率和水动力特性开展数值研究.采用流体体积法（VOF）捕捉气液界面,利用Rigid-Body Dynamic网格技术求解垂荡运动.在不同入射波频下,探究垂直线性弹簧约束（用无量纲弹簧刚度表示）对OWC波能装置的波能转换效率、反射系数、透射系数、能量耗散系数、相对压降、有效相对振荡幅度和相位差等的影响.结果表明,结构物适当的垂荡运动有利于提升OWC装置在特定频率条件下的波能转换效率;振荡水柱和结构物间的运动相位差是决定能量转换效率的关键因素;为了提升能量转换效率,调节结构物的垂荡运动来控制相位差的措施是可行的.     

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。     

微带线的电磁耦合特性分析及实验验证

为分析不同入射方式下的电磁波与微带线的耦合特性问题,将PCB板上微带线等效为有耗传输线模型,对辐照平面波进行矢量分析并求解等效激励源,利用BLT方程计算不同入射方式下的电磁波与微带线的耦合终端响应,针对仿真结果开展效应实验验证,仿真与实验结果吻合较好。研究表明,BLT方程可有效地解决电磁波与微带线的耦合问题,当电场平行于微带线或垂直于PCB平面入射时,可产生较强的耦合,且平行入射情况比垂直PCB入射情况在微带线终端激励起的峰值电压大一倍;幅度为1v／m的电场在微带线上激励的峰值电压可达到mV量级。     

铁路10 kV自闭/贯通线路故障行波特征分析

10 kV铁路自闭/贯通线路多采用中性点非有效接地方式，供电臂长、沿线环境恶劣，故障（特别是小电流接地故障）频繁发生、故障位置不易查找.为了解决自闭/贯通线路故障自动定位问题，分析了自闭/贯通线路电气结构的特殊性，以行波理论为基础研究了接地故障和相间短路故障产生的暂态电压、电流行波特征，发现接地故障和相间短路故障都存在参数比较稳定的行波线模分量.详细分析了行波在不同结构线路末端的反射规律以及行波在不同线路结构中的传播规律，分析结果为行波测距原理应用到自闭/贯通线路故障定位的研究提供了理论基础.     

总场-散射场方法在二维ADI-FDTD中的实现

提出了一种新的交替方向隐式时域有限差分激励源加入的总场-散射场方法．在总场边界附近,二维TM波的电磁场格点在每个子时间步都需要加入入射波的相应分量．根据交替方向隐式时域有限差分迭代公式及格点在总场边界的具体位置共有14种情况需要修正,其中电场格点有10种情况．该方法继承了常规时域有限差分加源的特点,而且保持了交替方向隐式时域有限差分求解线性方程组的形式不变．在入射波为平面波时,计算表明,当计算时间步长为Courant-Friedrich-Levy稳定性条件所限制时间步长的5倍时,总场区的入射波仍具有很好的场量等值线．利用该方法给出的金属方柱和前端有介质涂层的复杂目标金属机翼散射的数值计算结果验证了其有效性．     

复正弦波模型在声源方向和功率谱检测中的应用

提出应用复合复数正弦波模型（ＣＣＳＭ）法检测入射声波的方向和功率谱，线阵排列传感器的输出信号经离散傅里叶变换分离成各不相同的频率成分，由它们可构成空间序列，如果仅存在一个平面波时，序列构成一个空间复数正弦波，当有多个平面波存在时，序列为由这些平面波形成的空间复数正弦波之和，从相应正弦波求得的振幅和相位变化率可以检测平面波的入射方向和功率谱，当线阵的长度接近于入射波波时ＣＣＳＭ法所得到的指向性图没有     

不同厚度煤层AVO特征及模型研究

由弹性波动力学理论可知，当一种岩层纵、横波速度与另一种岩层纵、横波速度之比明显不同时，反射系数随入射角的变化而变化．这是ＡＶＯ的理论基础，将其运用于不同厚度煤层ＡＶＯ特征研究中．设计几种不同厚度煤层模型，绘出厚度依懒于反射、透射系数的关系，找出变化规律．试图为煤层厚度预测提供新途径．     

Reflection and transmission coefficients of multiple chiral layers

During the last decades, there has been an increasing interest in the research and use of chiral materials due to the possibility of manufacturing them at the optical, millimeter wave and microwave frequencies. Important attention has been focused on the properties of chiral media because the developments in constructing artificial chiral materials provide additional freedom for design processes via the chirality parameter[1―6]. In fact, reflec- tance of a chiral plate absorber studied by Lia…     

离岸式振荡水柱波能装置的理论及数值研究

基于势流理论, 利用匹配特征函数展开法,求解微幅波与离岸式振荡水柱（OWC）波能转换装置相互作用的边界值问题. 借助FLUENT软件及其用户自定义函数（UDF）,建立二维完全非线性波-OWC装置数值模型. 从理论和数值上分析OWC装置吃水深度、气室宽度以及墙体厚度对波能转换效率的影响,解析解和数值结果吻合较好.依靠数值模型,模拟波高变化对OWC装置工作效率的影响. 研究表明：OWC装置吃水深度的增加会导致高效频率带宽变窄,峰值向低频区移动;墙体厚度的增加会导致高频区波能转换效率下降,但对低频区影响较小;气室宽度的增大会导致高效频率带宽变宽,峰值向低频区移动;波高的增大会导致波能转换效率下降,在共振频率附近尤为明显.     

Tomography of the dynamic stress coefficient for stress wave prediction in sedimentary rock layer under the mining additional stress

In this study, the tomography of dynamic stress coefficient(TDSC) was established based on a mechanical model of stress wave propagation in bedding planes and a mathematical model of the stress wave attenuation in rock masses. The reliability of the TDSC was verified by a linear bedding plane model and field monitoring. Generally, the TDSC in the dynamic stress propagation of bedding planes increases with the following conditions:(1) the increase of the normal stiffness of the bedding plane,(2) the increase of the incident angle of the stress wave,(3) the decrease of the incident frequency of the stress wave, or(4) the growth of three ratios(the ratios of rock densities, elastic moduli, and the Poisson's ratios) of rocks on either side of bedding planes. The additional stress weakens TDSC linearly and slowly during the stress wave propagation in bedding planes, and the weakening effect increases with the growth of the three ratios. Besides, the TDSC decreases exponentially in the rock mass as propagation distance increases.In a field case, the TDSC decreases significantly as vertical and horizontal distances increase and its wave range increases as vertical distance increases in the sedimentary rock layers.     

加载惠更斯超表面相移层的高增益谐振腔天线设计

针对谐振腔天线因口径场相位分布不均匀引起的增益较低问题,设计了一款惠更斯超表面相移层,并将其加载到谐振腔天线上,用于修正谐振腔天线口径场的不均匀相位分布,从而实现高增益。该惠更斯超表面由平行和垂直于波传播方向的两组开口谐振环组成。两组开口谐振环分别与入射电磁波的磁场和电场谐振响应,从而影响电磁波的反射与透射性能。通过分别调节两组开口谐振环的尺寸,可以得到不同的电场与磁场谐振强度,从而实现超表面相移层的快速设计。为验证方法的有效性,设计了一款工作频率5.8 GHz的惠更斯超表面相移层,并将其应用于一款直径为180 mm的圆柱型谐振腔天线。对加载惠更斯超表面相移层的谐振腔天线进行了加工实测,其实测结果与仿真吻合良好。仿真和实测结果表明：所设计的相移层具有360°的相移范围,且透射系数幅值大于0.99;通过加载惠更斯超表面相移层,谐振腔天线的口径场相位分布更加均匀,其增益从原有的14.90 dB增加至18.31 dB,口径效率从25.9%提高至56.7%。     

关于电磁波能速问题的讨论

指出了只有针对具有特定频率和波矢的一列电磁波定义能速才有明确意义,并对此作些说明和论证.通过计算无界线性介质和典型传输线中电磁波的平均能速和相速,得出结论:当电磁波在线性介质中以横电磁波(TEM)模式传播时,其平均能速总是等于相速;若在传输线中以横电波的mn模(TEmn)或横磁波的mn模(TMmn)传输时,其平均能速在波阵面上各点的大小不同,且都小于相速和真空光速.     

应力冲击波在结构节点的反射和透射

应用固体冲击波理论，分析杆中一维压应力冲击波，通过结构十字形刚节点时的反射和透射行为，建立估算反射波和透射波波后参数估算公式．     

冲击载荷下磁铁矿石破碎的能量耗散特性

针对金属矿山企业破碎磁铁矿石时,存在着耗能巨大且能量利用率较低的工程问题. 利用分离式Hopkinson压杆装置和高速摄影技术,首先,研究了磁铁矿石在冲击载荷下的能量运移转化规律及其机理;其次,采用标准方孔砂石筛与GZS-1高频振筛仪,分析了不同耗散能下磁铁矿石破碎块度的分布规律、平均块度的变化情况、以及矿石冲击破碎模式的转变过程;然后,分析了随应变率提高,矿石能量耗散率与破碎程度的相关性问题;最后,结合影响矿石块度分布的基本因素,推导出了磁铁矿石平均块度的预测模型表达式. 结果表明:随入射能提高,矿石波阻抗的降低,改变了矿石与压杆间的透射系数与反射系数,影响着各能量在入射能中的占比分布,即能量耗散率和能量反射率增大,而能量透射率却减小;耗散能越高,磁铁矿石的破碎程度越重,当耗散能由14.79 J提高到121.18 J时,矿石破碎块度的主要分布区域由粗粒端（26.5 mm,37.5 mm）向细粒端（4 mm,16 mm）移动;耗散能与平均块度（d_s）呈减对数关系,d_s降低了56.04%;d_s存在着一个临界值,当d_s大于该值时,矿石能量耗散率和破碎程度呈正相关;反之,两者呈负相关;在该值处,磁铁矿石可实现最优破碎. 研究成果对于磁铁矿石破碎工序中的能耗控制具有一定参考价值.     

台阶式地形上双垂板透空系统的水动力学特性

基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM中的工具箱waves2Foam,通过在双垂板透空系统下方布置不同尺寸的台阶式地形（潜堤）,对规则波-双垂板-地形耦合系统的水动力学特性进行数值分析. 在不同入射波况作用下,研究双垂板的间距和台阶式地形的尺寸对结构系统前/后的反/透射系数、波能的黏性耗散率及双垂板间的液面相对振动幅值等水动力参数的影响. 此外,探究波浪非线性对相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置台阶式地形尺寸,如令地形的长度与波长的比值约为1.0,能够有效减小双垂板系统的波能反射和透射,并可获得适中的黏性耗散率;地形的存在会加剧双垂板间的液面振动幅度,有效提升两板间的波能捕获能力;波高的增大会造成反射和透射系数的减小,增大黏性耗散率,降低板间液面振动幅值.     

磁性流体行波泵实验装置的研究

磁性流体行波泵作为磁性流体的典型应用已经得到了普遍的关注。行波磁场的产生、泵体结构的设计、磁性流体的动力学特性等均为磁性流体行波泵研究的关键技术。根据行波磁场产生的形式设计了旋转型磁性流体行波泵。行波磁场作用下的磁性流体流量与产生行波磁场的永磁转子的磁极旋转的角度有直接关系,永磁转子磁极旋转过的角度越大,其流量也越多;行波磁场的强弱对磁性流体流量也会产生影响,当永磁转子磁极旋转相同角度时,磁场越强,其流量越大;在永磁转子旋转相同角度时,行波磁场的频率只能影响磁性流体的流速,对流量不直接产生影响。     

低频非均匀电磁波在导电界面的反射相角

基于非均匀电磁波在导电媒质中传播时其相移常数和振幅衰减方向的不一致性，根据电磁场边值关系建立了导电介质中电磁波的相移常数向量和振幅衰减向量方向的定量关系，实现了将相移常数向量和振幅衰减向量的两个方向统一用一个角度表示. 对于低频非均匀平面电磁波，给出了满足低频条件的低频非均匀电磁波在导电界面反射时的反射系数，利用低频非均匀电磁波在导电界面的反射系数导出了电场偏振化方向在入射面内和垂直于入射面的电磁波在导电界面的反射相角，确立了低频非均匀电磁波反射附加相角随入射角的变化关系. 由此发现：入射角在0°到90°范围内非均匀电磁波的反射波都存在附加相角，这与反射光的反射附加相角存在较大的差异.     

基于电子式电压互感器的行波测距技术

为解决行波测距装置在数字化变电站实际应用中存在的问题,分析了电子式电压互感器的暂态行波信号传变特性.通过分析EVT模拟等值电路建立其传递函数,利用仿真模型分析EVT的频率特性,考察电子式电压互感器的一、二次电压行波的相似程度,优化EVT参数使其更适用于行波保护,并讨论不同采样电阻对行波测距精度的影响.结果表明:一定参数下的EVT能够满足行波保护的信号传变要求,EVT的采样电阻取值对行波测距精度影响较大,采样电阻越大,单端测距的误差越大.