采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

基于NAH变换的两端封闭有限长圆柱壳体内部声场重建

首先采用模态叠加法计算出两端封闭圆柱壳体的内部声场,然后在Neumann边界条件下推导圆柱壳体内部NAH变换算法,将声场中近场面上的全息数据与NAH变换算法结合实现内部声场的重建,最后比较重建的声场分布与模态叠加法计算出的声场分布,结果表明:通过NAH算法重建的声场分布能较好地与模态叠加法计算出声场吻合.     

统计最优柱面近场声全息识别声发射源研究

植物在受到病害胁迫时会发出声发射信号。通过声发射信号的采集,以统计最优柱面近场声全息技术为理论依据,进行植物的声源信号识别和声场分析。对单声源和多声源分别进行了仿真分析,通过不断修改全息柱面半径、重建柱面半径和测量点间距等参数,探索获得最佳重建效果的参数范围,同时探讨了窗函数对重建效果的影响。将基于统计最优算法的柱面近场声全息与基于空间傅里叶变换算法的柱面近场声全息进行了比较,仿真结果表明,单声源时基于空间傅里叶变换技术计算的重建面声压幅值相对误差均在10dB以下,而统计最优柱面声全息技术计算的重建面声压幅值相对误差均在15dB以下,多声源时基于空间傅里叶变换技术计算的重建面声压幅值相对误差基本在2dB左右,而统计最优柱面声全息技术计算的重建面声压幅值相对误差在26dB以下,充分表明了统计最优柱面声全息技术的优越性。     

基于Fluent薄带钢桶气体泄漏数值分析

目的探究钢桶气体泄漏的射流流场对桶身激励产生声发射信号的基本原理和特性。方法利用计算流体力学Fluent软件分析钢桶气体泄漏流场状态,介绍钢桶气体泄漏的射流模型及产生机理,利用计算流体力学有限元方法建立数学模型,建立钢桶泄漏的几何模型和边界条件,设置仿真分析的相关参数,得到不同内压、不同漏孔直径和多漏孔情况下的钢桶泄漏仿真结果,并讨论钢桶泄漏气流速度场、压力场等参数的分布情况。结果钢桶发生泄漏时的气流速度对声发射信号起主导作用,内压对气流速度影响较大,孔径和漏孔数量带来的影响较小。结论该分析为探讨钢桶的泄漏机理与声发射激励信号的检测提供了参考。     

利用源强分布声辐射模态识别噪声源

为了解决噪声源识别中存在的识别精度不高、分辨率受限、对测量条件要求高等问题,提出了基于源强声辐射模态的噪声源识别方法。该方法首先计算结构的源强声辐射模态矩阵和声场分布模态矩阵,然后利用声场中测得的声压数据向量与结构声场分布模态矩阵的关系求出声辐射模态展开系数向量,最后通过声辐射模态矩阵和声辐射模态展开系数向量的积就可得到结构的源强分布,从而达到对噪声源识别的目的。该方法利用较少的测量点可以获得较高分辨率和识别精度。通过平板振动仿真和音箱实验验证了该方法对平面结构噪声源识别的有效性。     

基于二阶循环统计量的近场声全息试验研究

传统近场声全息技术的重建结果不能准确反映循环平稳声场的调制特性。因此,利用循环自相关函数的解调性能来提取声场的特征循环频率,然后通过循环维纳－辛钦关系来获取循环谱密度,将循环谱密度取代声压谱作为平面近场声全息的声场重建物理量。试验研究表明,此方法可准确提取循环平稳声场的特征频率,重建结果可清晰直观的突出声场的本质特性。     

边界无网格技术在噪声源识别中的应用

根据非共形面声全息对声辐射传播建模的高精确度要求,将边界无网格法引入声辐射传播建模过程中,实现对三维空间任意封闭曲面上Kirchhoff-Helmholtz边界积分方程高精度离散和求解计算。进一步研究非共形面声全息逆向重构问题的基本原理及其不适定性,采用了Landweber迭代正则化和L曲线正则化参数选取方法,从而确立有效的声场逆向重构求解方法。最后,还进行减速电机噪声源表面振动重构实验,验证研究的基于边界无网格的非共形面声全息的相关理论和方法可行。     

柱形料腔中超声空化效应的空间分布特性研究

研究了20 kHz的圆柱形料腔中超声空化效应的形成及其空间分布特性。应用柱贝塞尔函数,推导获取了柱形声场内超声传播的声能密度的分布,并采用有限元方法进行仿真分析。针对频率为20 kHz的功率超声实验,结合声学测量方法和鲁米诺声致化学发光方法,对理论分析结果进行了验证对照。结果表明:料腔半径R=50 mm,20 kHz谐振液位高度H=90 mm时,若功放电流<40 mA,超声空化效应出现在变幅杆端部区域;若40 mA≤功放电流≤80 mA,空化效应显著增强,空化效应的空间分布与场内声压分布一致,空化效应受声模态影响,形成远场空化效应的分布特性;若功放电流>80 mA,受非线性因素影响,谐振液位时,空化效应在声流作用下呈柱形拖尾状分布,并在底部壁面边界形成平铺状分布;非谐振液位高度等于75 mm时,超声空化效应随功率增加仅在变幅杆端部区域出现,且呈现局域空化分布特性。     

Modal vibrations of an infinite cylinder in an acoustic halfspace

Acoustic radiation from an infinite cylindrical surface vibrating with an arbitrary, time-harmonic surface velocity distribution while positioned near the rigid/compliant boundary of a semi-infinite ideal compressible fluid medium is determined in an exact fashion using the classical method of separation of variables. The formulation utilizes the appropriate wave-field expansions and the method of images along with the pertinent translational addition theorem to develop a closed-form solution in form of infinite series. The analytical results are illustrated with numerical examples in which the cylindrical source, vibrating in the monopole and dipole-like modes, is positioned near the rigid/compliant boundary of a water-filled acoustic halfspace. Subsequently, the basic acoustic field quantities such as the modal acoustic radiation impedance load, radiated far-field pressure and the radiation intensity distribution are evaluated for representative values of the parameters characterizing the system.     

治疗超声系统中换能器声学性能的声全息法评估

换能器的聚焦特性等声学性能是治疗超声系统的重要参数之一,在出厂前和日常维护中须精确测量。目前常用的水听器测量法结果准确,但受声压幅度及测量效率的限制,高功率量程的声功率计造价较高;而基于声全息的表面振动模式测量法可作为高声压下水听器和声功率计测量法的补充,测量小声压平面并对高幅度声压焦域进行重建。为评估声全息法的准确性,文章研究了在小声压下使用基于声全息的表面振动模式测量法对声场进行测量和重建,分析该方法与水听器测量结果之间的功率和声压误差,以及影响误差的重要参数。结果表明,基于声全息的表面振动模式测量法可重建得到与水听器直接测量相近的结果,有望对高声压下工作的换能器的声场特性进行评估。     

基于激光全息法的聚焦换能器近场声特性分析

研究了基于激光全息法的低频聚焦换能器近场测量方法,分析了利用激光全息法测量近声场特性时的基本原理,构建了一套实验测量系统。为验证该方法的可行性与准确性,利用激光测振仪对1个由25个压电小柱按5×5排布构成,频率为80kHz且表面带有自聚焦声透镜的聚焦换能器的声场进行实验测试和推算,获得了距离该换能器辐射凹面中心50mm处振动膜片上的声压幅度和相位分布,推算出此聚焦换能器声轴线上的声压分布与焦点处声压分布,同时使用COMSOL模型仿真与水听器测试,对比验证了激光全息近场测量后远场外推结果的高准确性。     

基于分布源边界点法的近场声全息实验研究

采用基于分布源边界点法的近场声全息技术对运转状态下的罗茨真空泵进行了噪声源识别和定位研究。实验采用13个声压传感器组成的传声器阵列和1个参考传声器测量全息面上的复声压信息，进而通过基于分布源边界点法的近场声全息技术和Tikhonov正则化方法重建获得声源的表面法向振速。重建结果表明：在测量信号中存在的2个低频噪声是支架在真空泵振动的激励作用下产生共振所致，而非真空泵本身所固有的噪声；而1533．2～1699．2Hz的宽带噪声则是真空泵端盖表面振动所产生，是真空泵所固有的噪声。同时，重建结果给出了各频率处噪声源的具体位置，为有效地进行真空泵的噪声控制提供了依据。     

Two-dimensional scattering from an impenetrable cylindrical obstacle in an acoustic quarterspace

The problem of sound scattering by an infinitely long hard or soft circular cylindrical obstacle suspended near a rigid corner is investigated. The separation of variables technique, the appropriate wave field expansions and the method of images along with the translational addition theorem for cylindrical wave functions are used to derive a closed-form analytical solution in form of infinite series. The analytical results are illustrated with a numerical example in which the cylindrical obstacle is positioned near the rigid boundary of a water-filled acoustic quarter-space. The backscattering form function amplitude and spatial distribution of the total acoustic pressure are evaluated and discussed for representative values of the parameters characterizing the system. The effects of incident wave frequency, angle of incidence and proximity of the cylinder to the rigid boundary are examined. Limiting case involving an infinite cylinder in an acoustic halfspace is considered and fair agreement with a well-known solution is established.     

驻波场中圆柱形换热管外声流特性的数值研究

基于非线性Navier-Stokes方程推导了一般性的声流控制方程,并利用有限元软件COMSOL对平面驻波声场中单根圆柱形换热管和双圆柱形换热管外包含二阶流场信息的Navier-Stokes方程进行全域求解,得到了一阶和二阶流场信息。研究了雷诺数Re和斯特劳哈尔数Sr对换热管外声流结构的影响规律。研究发现:随Re和Sr的增大,换热管边界层内的涡流区域变小,直至消失,而边界层外的涡流区域逐渐增大;且单换热管外涡流个数由8个减少到4个,双换热管外涡流个数从12个减少到8个。此外,边界层内和边界层外的涡流结构呈反向旋转;边界层外流场沿着振荡方向远离换热管,而在垂直方向流向换热管。     

Tomographic reconstruction of transient acoustic fields recorded by pulsed TV holography

Pulsed TV holography combined with computerized tomography (CT) are used to evaluate the three-dimensional distribution of transient acoustic fields in air. Experiments are performed with an electrical discharge between two electrodes as the sound source. Holograms from several directions of the acoustic field are recorded directly onto a CCD detector by use of a double-pulsed ruby laser as the light source. Phase maps, representing projections of the acoustic field, are evaluated quantitatively from the recorded holograms. The projections are used for the CT reconstruction to evaluate the pressure-field distribution in any cross section of the measured volume of air.     

基于矢量阵测量的局部近场全息技术研究

统计最优近场声全息技术是通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论上克服基于傅氏变换的近场声全息技术的局限性。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,采用声压和质点振速测量来进行声全息计算,推导了基于振速测量的统计最优柱面近场声全息技术的重建公式。利用所编制的程序进行了仿真验证,最后设计矢量水听器进行水中全息实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明,该技术在水中柱形声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

近场声全息方法识别噪声源的实验研究

根据近场声全息(NAH)的原理，建立了全息实验所需要的采集、分析系统。针对影响重建精度较大的截止波数的选取问题，给出了较为详细的讨论．并提出一种不需先验知识的截止波数选取方法。最后通过对实测数据进行全息变换．重建结果表明：在采用提出的截止滤波选取方法后，NAH技术可以精确地对噪声源进行定位与识别，并且可以得到三维空间内的声压、质点振速和声强矢量等声学信息。     

开口及边界条件对复合材料三分之一柱面壳压缩屈曲性能的影响

研究了完整、开口周边加强及开口加口盖3种型式的复合材料三分之一柱面壳的压缩屈曲性能,考查了3种典型复合材料柱面壳的轴压屈曲强度,分析了开口及口盖对柱面壳压缩稳定性的影响.结果表明:开口大大降低了柱面壳的轴压屈曲强度;口盖可以部分恢复其强度,但很难达到开口之前的水平.进行了开口加口盖经编织物铺层三分之一柱面壳轴向压缩试验,其轴压屈曲强度比用平面织物制造的相同结构的降低很多.为了探究其轴压屈曲强度比同类结构偏低很多的原因,进行了非均匀加载复合材料柱面壳模型有限元分析.结果表明:柱面壳边界不均匀加载会降低其承载能力,根据柱面壳刚度分布制定边界载荷可以提高其承载能力.     

工业喷嘴喷注噪声的抑制技术研究

对于喷注噪声的控制,有效的方法是从声源上来降低或控制.根据喷注噪声产生原理,理论分析了适当改变喷口形状,使沿喷注轴向流速在垂直方向的梯度减小,可使湍流发声的声源强度减弱,从而使喷注噪声降低.数值计算结果表明改进后的喷口可降低喷注流速.实验证实改变喷注的流场可以有效的控制喷气噪声,可使噪声A声级降低3～4个分贝,且喷射压力没有显著降低.