电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

一种提高声场重构稳定性的射线等效源法

基于传统等效源法的近场声全息中通常使用单极子或偶极子作为等效源进行声场重构计算,但由于这两种等效源只能辐射无指向性或弱指向性声波场,因此容易导致系统矩阵病态,严重影响声场重构结果的稳定性.本文提出了一种可以改善近场声全息中系统矩阵病态性的新思路,即采用可辐射强指向性声场的等效源替换传统等效源以使得系统矩阵呈现主对角占优的良态形式,从而降低其条件数,提高重构稳定性.文中利用偶极子构造了一系列可辐射较强指向性声场的等效源——射线等效源,并采用平面全息面对其进行了重构仿真.计算结果表明:用射线等效源替换传统等效源后不仅可以正确计算平面声全息问题,且降低了系统矩阵条件数,提高了重构精度.     

带匹配层的复合材料多圆管同轴堆叠换能器

为了拓展换能器带宽和实现换能器水平方向上全向发射,本文研制了一种圆柱状高频宽带水声换能器,同时开发了压电敏感元件曲面成环新工艺。该换能器采用压电复合材料作为有源材料,三环轴向叠堆产生模态耦合和添加匹配层的方式拓展换能器的带宽。利用ANSYS有限元仿真确定了不同敏感元件圆环的尺寸。通过切割-浇注-曲面成环等工艺制备出内半径不同、外半径相同的压电复合材料圆环,并将不同壁厚的圆环通过轴向叠堆制作成换能器。测试结果表明：该换能器-3 dB频带范围为330～430 kHz,带宽达100 kHz,最大发送电压响应为163.4 dB,水平指向性开角为360°。     

船舶辐射噪声远场空间指向性

为了获得浅海波导条件下船舶辐射噪声的远场空间指向性,提出了一种由水听器获得的船舶辐射噪声近场声压数据,推算其远场辐射声压的方法,即由近场声压数据,反演出船舶辐射噪声源模型中的多极子强度和位置,然后利用简正波理论,计算该反演参数所对应的远场指向性.仿真计算过程中,将该方法获得的远场指向性与原假设声源直接计算的远场指向性进行对比.结果表明,该方法能有效的计算出船舶辐射噪声的远场空间指向性.     

换能器指向性对磁感应磁声成像伪影的影响

磁感应磁声成像具有超声成像高分辨率和强穿透性、电阻抗成像高对比度的优点,在早期肿瘤诊疗方面有巨大的应用潜力. 本文针对电导率边界图像伪影问题,基于换能器接收特性和声偶极辐射原理,对双层偏心球状组织模型进行了磁声信号的仿真,分析了重建图像伪影的产生原因,并研究了换能器指向性与重建图像伪影的关系. 结果表明,随着换能器ka的增大,其接收特性接近单指向性,重建图像的伪影逐渐模糊直至消失,证明提高换能器指向性可有效抑制伪影的产生. 本研究为磁感应磁声成像中换能器的选择提供参考,也为其图像重建质量的提高提供了技术支持.     

浅海运动目标辐射声测量距离内声聚焦特性研究

随着影响目标辐射噪声测量诸多因素的解决,声聚焦对测量精度的影响已显得比较突出.研究了浅海近场声聚焦特性对同标辐射噪声测量结果的影响.在射线理论基础上,推导了声压场和质点振速场的数学表达式,建市了基于虚源法的浅海矢量声场计算模型,并将声场计算模型应用于宽带声源信号矢量声场计算中.比较分析了理论仿真计算和湖试结果,验证了浅海近距离矢量声场计算模型的正确性,进一步探讨了浅海声场聚焦特性以及如何减小声聚焦对目标辐射噪声测量的影响.     

相位共轭法进行水下圆柱壳辐射声场的识别研究

为了研究水下工程结构辐射声场的识别问题,基于相位共轭方法采用离散阵元对水下有限长圆柱壳的辐射声场识别进行了数值仿真计算.采用不同的阵列形式分别在近场和远场对圆柱壳表面声压、法向速度、辐射声功率和声强进行了识别及重构误差分析,并讨论了激励频率变化对重构结果的影响.数值计算结果表明:只有在近场采用圆柱形阵列形式并基于声压梯...     

列车车轮辐射声场的有限元法-边界元法研究

为探索车轮在轮轨表面粗糙度激励下的振动辐射声场特征,利用有限元法-边界元法相结合的方法,完成了建立车轮和轨道的三维有限元模型,根据有限元法分析其结构振动模态和位移导纳特性,通过声学边界元软件Virtual.Lab对车轮辐射声场及真实激励下辐射声功率级进行预测研究.结果表明:轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范...     

环肋圆柱壳在流场中的辐射声压

应用Ｈｕｙｇｅｎｓ原理和Ｇｒｅｅｎ函数方法推出了环肋圆柱壳在流场中辐射声场压力的积分公式,可用来计算壳体表面、近场和远场的声压。     

环肋圆柱壳在流场中的辐射声压

应用Ｈｕｙｇｅｎｓ原理和Ｇｒｅｅｎ函数方法了环肋圆柱壳在流场中的辐射声场压力的积分公式,可用来计算壳体表面、近场和远场的声压。     

新型磁流体密封圈的特性分析

磁流体密封技术是近年来发展起来的一项新技术,利用磁流体作为密封介质设计了新型径向磁极磁流体密封圈,介绍了该密封圈的结构及工作原理;给出了耐压能力的数学模型,并通过密封间隙中磁场的有限元分析及磁流体流场的分析,对该密封圈进行了特性分析;给出了密封压力与密封圈磁极长度、磁极宽度和密封间隙三个设计参数之间的变化关系,并给出了新型径向磁极密封圈和轴向磁极密封圈的设计比较,分析结果表明,所设计径向磁极磁流体密封圈的耐压能力随磁极长度增加先增大后减小,随磁极宽度增大而增大,随密封间隙增大而减小,除具有目前普遍采用的轴向磁极磁流体密封圈的优点外,还具有比轴向磁极密封圈尺寸大小、结构简单的特点。     

压力脉动法预测声场流化床最小流化速度

在内径140 mm,高1 600 mm的鼓泡流化床中,采用压力探针研究了声场流化床FCC和石英砂颗粒的流化特性,考察了声压级和频率对颗粒最小流化速度的影响。结果表明:无声场条件下,压力脉动标准方差随表观气速的增大而线性增大,声场的引入可以显著降低颗粒最小流化速度,声压级越大颗粒的最小流化速度越小;固定声压级改变声波频率,发现频率在300 Hz时颗粒最小流化速度最小。对不同声场条件下最小流化速度进行拟合,得到了声场流化床最小流化速度预测关联式。     

复合转子异步电机中磁场的分布特征

用解析法研究了复合转子异步电机中的三维磁场分布。主要结论有，复合转子异步电机中涡流的去磁作用较弱，径向磁密的马鞍形分布不十分明显；转子钢套中的切向电密在靠近端部的某一位置存在极值；从理论上证明了复合转子中不存在径向电流的结论，为近似计算的合理性提供了可靠的理论依据。     

用脉冲串声波测量声速

测量声速是大学物理实验中一个比较重要的实验,通过对声速的测量可以了解被测介质的声学特性.传统的声速测量方法,利用的是连续声波的干涉现象,有"驻波法"和"相位比较法",但在测量过程中需要传感器之间的相对移动.本文用脉冲串声波测量声速,通过实验发现:该方法的测量误差并不比驻波法和相位比较法大,并且不需要传感器之间的相对移动,操作简便,应用广泛.     

换能器辐射板材料对辐射声场分布的影响

辐射板是换能器的声源输出装置,在安装空间限制声源尺寸的情况下,增加辐射板振动幅度成为研究的重点。本文仅考虑材料对辐射板振动幅度的影响情况,并进行了有限元软件WORKBENCH和ATILA软件分析了磁致伸缩换能器辐射板材料对振动幅频特性的影响以及对谐振腔内声场分布的影响。结果表明,相同激励与边界条件下,铝材料辐射板出现活塞振型时频率最高,输出位移最大,是其他材料辐射板输出位移的4.48-24.8倍;加入谐振腔体后,铝辐射板对应谐振腔内声压幅值最大,是其他材料对应辐射板辐射声压幅值的1.2-2.4倍。以上结论为频微型换能器辐射板的设计工作提供了有力依据。     

Simulation analysis of directivity and optimization of the array of the AlN thin film PMUT array

The relatively low piezoelectric constant of the aluminum nitride piezoelectric film limits the development and application of the piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer based on the aluminum nitride. Therefore, the directivity of the piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer array is studied for this problem. First, the far-field sound pressure and normalized directivity function of the transducer array are calculated according to the Rayleigh principle. Furthermore, the effects of array element radius, array element spacing, array element number and operating frequency on the beam width, direction sharpness angle and sidelobe level of the array are analyzed, and the transducer array is optimized. Finally, based on the optimization results, area and filling efficiency, the final structure size of the transducer array is determined and the sound pressure distribution visually simulated. The results show that the optimized transducer array has an ideal sound pressure distribution, good directivity and sharp main lobe. The-3dB beamwidth of the main lobe is about 9 ° and the sidelobe level is about 0.228.     

声压梯度法对声源定向的理论和实验研究

应用双传声器探头CM－202和与之配套的传声器,自行设计了一个声探头支撑架,使之可以把声探头转动到空间笛卡儿坐标系的3个互相垂直的方向,并且它们的几何中心保持不变,这样就可以测量稳声场中一点的质点振动速度矢量的3个矢量的3个分量,由此就能对声源进行定向。应用这一套实验装置在半消声室对声源进行了定向研究,并探讨了随机噪声干扰误差对定向精度的影响。     

500 kV直流电阻标准分压器迭代正交实验设计

针对安装均压环可以提高分压器的测量精度,但其尺寸和安装位置的不同会直接影响电场畸变效果的问题,搭建了500 kV直流电阻标准分压器有限元模型,并基于迭代正交实验法分析不同尺寸和安装位置的均压环对直流电阻标准分压器周围电场分布的影响.计算出均压环圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离等最优尺寸与最佳安装位置.结果表明,迭代算法使分压器周围的最大电场强度从4 212. 5 V/mm降低到820. 719 V/mm.     

屋顶振源室内低频耦合响应场有限元研究

利用有限元方法计算了低频激发力作用下屋顶振源在室内产生振动耦合响应场的空间分布及其频率响应特征;指出了薄壁矩形封闭空间与刚性壁空间的模态频率存在一定偏差,并且在模态频率较高时偏差比较大,在激发力频率接近房间结构的共振频率或腔内声模态频率时,室内耦合声场将获得较大声压级,特别是当结构共振频率与腔内模态频率发生重叠时,以该频率激发结构会使室内耦合响应场的声压级得到极大加强,因此,在设计建筑物时应当避免共振频率与模态频率的重叠,通过分别计算在非特征(共振或模态)频率(80Hz)与特征(共振和模态重叠)频率(116Hz)激发力作用下的各壁声压级及其结构位移振幅分布,给出了各壁面在相应激发力作用下向室内辐射声能量的相对贡献,指出对室内声能量贡献起主要作用的有时不一定是屋顶,而可能是侧面墙壁。