南中国海内波特征及其引起的声场起伏

浅海内波场与声场相互作用是ASIAEX2001南中国海实验的主要内容之一.文中对这次实验所得到的海洋环境和声场数据进行了处理,分析了内波的基本特征及其对声传播的影响.给出了孤子内波的传播速度、方向、幅度等主要特征物理量.结果表明:该海域存在孤子内波现象,幅度最大可达140m.内波受到半日潮、全日潮和子午潮的调制.内波主要由低阶模态控制.分析了内波对不同频率、沿不同路径传播的声信号的总能量、峰值能量以及延迟时间的影响.     

2001南中国海实验温度场与声传播起伏及内潮(波)特征反演

对ASIAEX 2001南中国海声场与水体相互作用实验的温度场起伏数据和声传播起伏数据进行了分析,结果表明:(1) 内波引起的质点垂直平均位移的峰峰值超过40?m;(2) 由声脉冲前沿传播时间平均起伏所表征的声传播起伏,其峰峰值超过100?ms.在此基础上,对温度场起伏数据进行谱分析,得到影响海洋起伏的主要内波分量;声传播起伏数据经Burg法谱分析反演得到的内波主要周期,与温度场的结果一致.比较了垂直于大陆架方向和平行于大陆架方向的温度场起伏谱结构,以及两个方向的声传播起伏谱结构;利用脉冲多途结构和脉冲传播时间分别提取声传播起伏信息的参量,由其表征的声传播起伏谱结构也进行了比较.     

浅海环境下低频声信号传播特性研究

针对典型浅海海洋环境下的低频声传播问题,以快速场方法为建模手段,以声能流为研究对象,结合具体算例模拟研究了不同浅海环境参数对低频声信号传播特性的影响规律.研究结果表明:矢量场中质点垂直振速传播衰减远大于同点声压与水平振速传播损失;海洋环境参数、声源参数、海底声学参数均对低频声信号传播具有重要影响,其中又以海底声速对声能量传播特性的影响最为显著.     

海洋内波对辐射噪声传播的影响

应用抛物方程(PE)方法，对选定内波和覆盖舰船辐射噪声谱范围的不同声源频率所形成的水声场，用差分步进的方法进行了计算，采用了复变量、带状矩阵、在声源所处的断面利用Gaussian源的表达式和对网格大小的分析，使计算顺利进行。结果表明，内波的存在降低了声场强度，增大传输损失，因此内波对舰船辐射噪声的识别具有不可忽略的影响。     

海洋内波对海表温度的影响仿真

由海洋内孤立波产生的海表散度场,根据Osborne的理论仿真了海洋内孤立波对海表温度的影响。仿真结果表明,由此内波引起的海表温度波动振幅为0.01℃左右,当α〉0时,即由内波引起的表面散度为正,海水辐散时,海表温度稍高于无内波时的温度,而海水辐聚时,海表温度稍低于于无内波时的温度。与实测数据相比,仿真结果要比实测结果小一到两个量级。     

内波孤立子的非波导荷载计算

为全面分析不同形态内波的危害,将孤立子视为非波导内波的一种情况,以70 m水深浅海Holmboe密度分层和5 m直立圆柱为例,应用内波垂向结构Sturm-Liouville控制方程的模态分析方法计算了不同模态下的孤立子内波荷载．结果表明,孤立子内波具有阵发性和与模态相关的剪切,其荷载较波导内波的情况大一个量级,是形成内波危害的主要形式．     

倾斜海底情况下声矢量场的计算

根据质点运动方程,给出了基于抛物方程法和简正波法的质点振速表达式,并对水平海底和倾斜海底情况下的声矢量场进行了仿真计算.结果表明,抛物方程法能对倾斜海底情况下的声矢量场进行快速预报.     

分层流风波水槽中基于线阵CCD水面影像反演内孤立波的实验研究

在大型重力式分层流风波水槽系统中,利用风生波原理模拟水面随机小尺度波场,采用重力塌陷方式产生大振幅孤立子内波,通过线阵CCD影像记录其传播过程中引起的水面小尺度波结构变化,分析孤立子内波对水面短重力波及毛细(重力)波的影响规律,建立线阵CCD图像灰度特征与内波要素特征的关系,进而由水面波场变化反演出水下孤立子内波的特征结构.实验结果证实了本文方法的有效性,也为实际利用海面粗糙度及海水层化特性遥感海水内部动力学研究提供了新的途径.     

基于声矢量传感器阵的汽车加速噪声源方位辨识

为准确确定噪声发生位置, 判断汽车故障类型, 基于声矢量传感器阵, 研究了汽车加速过程中噪声源方位辨识问题。汽车加速过程中噪声的主要成分燃烧噪声在一定的转速范围内可归结为一个线性调频Chirp信号, 利用由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器构成的以均匀分布面阵排列的声矢量传感器阵对其进行同步、 共点、 直接测量, 得到声场声压和质点振速若干正交分量等信息, 再利用多重信号分类经典算法对其进行时频分析, 从而估计出噪声信号的方位参数, 获得噪声源的具体方位信息。最后通过仿真结果验证了该方法的有效性。     

海洋内波破碎及其能量耗散的研究进展

海洋内波是海洋中普遍存在的波动形式。它的不稳定和破碎会对海洋能量的再分配产生本质的影响,直接将能量从大尺度向小尺度过程传递,产生湍流混合。内波破碎产生的湍流混合又会显著地影响海洋环境。该文就近十五年来对内波的破碎机制以及内波破碎导致的能量耗散研究作一简要综述。     

Some characteristics and evolution of the internal soliton in the northern South China Sea

Based on the observational data of an internal soliton in the northern South China Sea (SCS) on June 14, 1998, the possible source of the internal soliton is analyzed, and some of its characteristic parameters such as phase speed, wave length, etc. are computed. Based on the analyses of the vertical modes of the internal wave, the characteristics of the wave-induced current during the propagation of the internal soliton are studied. A regularized long wave (RLW) equation numerical model considering effects of multi-fac- tors is employed, and the observed environmental parameters are used as the initial conditions to simulate the propagation and evolution of the internal soliton in the continental shelf of the northern SCS.     

建筑物对爆炸地震波传播的影响

爆炸地震波传播会受环境介质等因素的影响,从厂房防护和炸药储存安全距离方面考虑,了解建筑物对爆炸地震波传播造成的影响很有必要。通过建立钢筋混凝土厂房模型,在模型外部及内部进行爆炸试验并测得相应的地震波信号,对其峰值速度拟合以及采用小波包变换的分析方法,研究建筑结构对地震波传播峰值速度和振动频率的影响。由于建筑结构的存在,改变了地震波传播的环境介质,使其峰值速度产生了较大的衰减,频率中高频成分所含能量减少。研究补充了建筑结构对爆炸地震波传播造成的影响,为炸药生产厂房及储存仓库安全距离的判定提供了参考依据。     

船体结构粘弹性夹层阻抑振动波传递特性研究

基于波动理论分析了含粘弹性材料夹层的船体板架中振动波传递特性,给出粘弹性夹层对弯曲波的隔声量公式.同时将粘弹性夹层引入转角含阻振质量的典型船舶L型结构中,通过多次构造阻抗失配有效地阻断船体振动噪声主分量的传递.在此基础上,将这种复合隔振技术引入到动力舱段声学设计中并开展相应的数值实验.结果表明:粘弹性夹层对船体结构波具有较强的阻抑作用,夹层隔振性能随其杨氏模量降低及尺度增加而增大,夹层杨氏模量对隔声量的影响较其尺度更为显著,在刚性隔振基础上联合应用较小尺度的聚氨酯夹层可显著增加隔振效果并有效拓宽了隔振频带,具有较高的效费比.     

液体内含气泡时的传声特性研究

利用球贝塞尔函数及汉克儿函数,气液交界处的质点振动速度和应力的连续条件,研究了声波在气-液两相介质内的传播特性。基于波数与区域半径乘积小于1的条件下,求解了两相介质内声传播的参数,即等效弹性系数、等效密度、声速及衰减系数;并得到声速及衰减系数随气泡体积比的变化曲线。结果表明,气泡的存在使声速下降,衰减系数增大,气泡的半径大小对其有一定的影响;声波频率偏低时,气泡对声速影响较明显;频率较高时,声波的能量损失较大。所得的结论与文献中的结果的相似,其结果将为含气泡液体内声传播的应用提供重要的理论依据。     

基于Goodman单元的顺层边坡爆破动力响应数值模拟

为了研究爆炸荷载作用下顺层边坡岩体的动力响应,采用数值模拟的方法对边坡坡面及岩体内部质点振速、应力场的分布规律进行分析,采用Goodman单元模拟岩体内部软弱结构面.结果表明：边坡台阶处坡形的变化会导致质点振速和应力值波动明显,台阶突出部位"鞭梢效应"显著,但质点振速与应力并非在边坡坡面的同一位置达到峰值,因此将质点峰值振速或应力值作为评价边坡稳定性的单一指标并不合理;岩体内部质点的动力响应规律主要与介质阻尼、结构面以及边坡形状等因素有关,结构面的存在会造成爆炸应力波的反射叠加,质点振速和应力值在结构面之前也有一定程度的放大;边坡自由面对应力波的反射叠加效应不应忽视.     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.     

脉冲波作用下地层流体渗流规律研究

通过对脉冲波作用下地层流体在地层中传播的动力学机理的研究,结合波动力学理论,建立了脉冲波作用下地层流体的渗流方程.假设脉冲波作用下地层流体速度是地层流体原来的流速与n次脉冲波作用下振动速度的叠加,得到了脉冲波作用下地层流体的流速方程.结合实例分析了距离、时间、脉冲频率和脉冲振幅对渗流速度的影响.随着距离增大,渗流速度的振幅逐渐减小,直至为零;随着频率的增大,渗流速度的振幅开始逐渐减小,而后又变大;随着脉冲振幅的增大,各点的流速振幅逐渐增大.建立波动条件下的渗流方程可以从理论上了解不同参数对渗流速度的影响,为脉冲波采油技术在现场的应用提供理论依据.     

隧洞爆破开挖对岩质高边坡产生的振动效应研究

针对金佛山水利工程中水工隧洞爆破对左岸岩质高边坡的不利影响,采用有限元数值模拟手段,研究了隧洞爆破对边坡的振动效应,探讨了振动波的传播及分布规律,查明了边坡内部裂隙对振动波传播的影响,根据应力和振速之间的相关性,提出了该边坡的爆破振速的参考安全阀值。结果表明：金佛山水工隧洞爆破开挖对左岸岩质高边坡的振动影响较小,振速峰值未超过规范所规定阀值;由于隧洞爆破和边坡开挖爆破对边坡的坡面振动效应以及传播方向不同,导致爆破振动波通过边坡内部裂隙的传播规律也不同;根据边坡平台内外侧质点的速度分布,借鉴小湾水电站边坡工程,选取平台内侧岩体作为监测部位,根据应力和振速之间的统计规律,得到了左岸岩质高边坡的爆破振速参考安全阀值。     

多个阻振质量阻抑结构声的传递

采用波动分析法对平行排列的多个阻振质量阻抑结构声传递的机理作了探讨，研究了无限板上受点激励时阻振质量对平面弯曲振动波传递的阻抑，推导了多个阻振质量对平面弯曲波传递的阻抑公式，并分析了平面弯曲波传递时形成的穿透频段和堵塞频段。数值计算分析和试验研究结果表明，多个阻振质量对结构声的传递具有良好的阻抑效果，为阻振质量应用于结构声传递途径的控制提供了理论和试验基础。     

基于叉指换能器逆压电效应的激光检测新方法

使用激光在晶体表面激发的声表面波,尝试根据叉指换能器的逆压电效应来探测激光,从而实现声场的变化反演激光照射情况。在讨论激光照射对铌酸锂晶体中声表面波传播特性造成的影响时,建立了点状激光照射的热弹理论模型,首先排除环境温度整体变化的影响,证明了光对声场的影响和照射晶体内部温度梯度的变化有关;然后设计13MHz为中心频率的叉指换能器,从模拟与实验效果对比来看,由激光激发的声表面波影响了原叉指激发波的频率,13MHz及周围频率时的声压变化明显,中心频率迁移到15MHz,声压值波动衰减,从而反演激光的存在;通过理论和实验分析证明了声场检测激光的可行性,可以开拓性地将叉指换能器作为特殊传感器,可用于激光窃听等特场合。