基于声发射的塔吊安全检测方法与实验研究

针对现有的塔吊安全检测技术存在抗干扰能力差,实时性不足的问题。提出一种基于声发射的塔吊安全检测方法。通过详细分析声发射波源在吊塔缺陷区域形成的信号特征,引入小波去噪技术去除检测中的电气干扰噪声、机械噪声、传播途径引起的畸变和衰减等干扰。运用参数分析和波形分析两种技术,识别缺陷区域信号特征。仿真实验结果表明,基于声发射的塔吊安全检测方法能够较好地去除干扰,采集到稳健性较好的去噪特征信号,对塔吊非安全区域的连续型和突变型损伤特征信号能较好地重构,满足应用需求。     

表面声波法监测裂纹

研究了用表面声波监测裂纹的方法,利用表面声波通过物体表面时其反射信号的强度随着裂纹的发展而增强的原理,通过试验描述了表面波通过有缺陷小孔时两种反射信号随裂纹形成发展的变化过程,提出了通过观测反射信号的变化来监测是否有裂纹生成的方法。     

水中加肋球壳振动和声辐射研究

考虑球壳内表面设置加强环肋，借助狄拉克δ函数引进环肋对壳体的作用，建立水中弹性薄球壳的声振耦合系统的运动微分方程．基于势流理论和系统的耦合方程，通过变量的勒让德级数展开求解方程，演绎出可覆盖中、低和高频激励的加肋球壳的振动和声辐射的解析解．依据所得公式和相应的数值计算重点分析了加强肋对结构声辐射特性的影响．结果表明：由于环肋的存在，大大增加了耦合系统共振频谱的复杂性，对于中频激励，环肋的设置能明显地改变结构的声辐射特性．该方法有好的计算精度和计算速度．     

Creep damage characterization of Ni-based superalloy by acoustic nonlinearity

The creep damage of Ni-based superalloy has been experimentally investigated by acoustic nonlinearity measured by the finite amplitude method. The creep test is conducted and interrupted after a specified fraction of creep life time. The cuboidal g0 precipitates coarsen preferentially in the direction perpendicular to the applied stress axis. The aspect ratio (a/b) of the g0 precipitate increases monotonously with creep duration. The increase in acoustic nonlinearity is discussed in relation to the directional coarsening of the g0 precipitates, which proves to be closely related to the scattering and distortion of the ultrasonic waves. We have determined that acoustic nonlinearity is a potential diagnostic method for determining creep damage in Ni-based superalloys.     

民用航空发动机外涵支板声衬的降噪技术研究

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇外涵支板对风扇转静干涉噪声后传声散射效应的影响,以及外涵支板布置声衬的降噪效果,本文基于有限元方法,首先研究了等截面圆形管道和环形的声传播和远场声辐射特性,并与解析结果进行对比,吻合地较好,表明了该声传播计算方法的可靠性和精度;然后开展对于包含外涵支板的某真实大涵道比涡扇发动机外涵管道的风扇转静干涉噪声后传声分析,最后开展外涵支板声衬的声阻抗优化设计,在约束条件内获得最优声阻抗,研究外涵支板布置声衬对风扇转静干涉噪声后传声的降噪效果。结果表明：有外涵支板的情况下,声波在管道内出现声散射现象,声压幅值较无支板情况明显增大,且在支板附近出现峰值;外涵支板布置声衬后,在最优声阻抗的情况下,单频单模态的降噪量可达22.57dB。     

基于边光滑有限元法的二维CLD弹性空腔建模及声振特性分析

由于色散误差和单元离散的影响,传统有限元法在分析弹性空腔中高频声振特性时计算效率和计算精度较差。本文采用边光滑有限元法建立空腔的声场模型,并利用GHM模型模拟粘弹性材料,考虑弹性空腔、CLD结构以及腔内声场之间的多场耦合,建立了二维CLD弹性空腔的数值模型,分析了复合空腔的声振耦合特性。数值算例表明,在低频范围内本文所建立的混合有限元模型的计算精度与传统有限元模型相当,中高频率范围内本文模型的计算精度和稳定性优于传统有限元法。     

基于人工梯度结构的声传输特性分析

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,使其在声通信、声探测及声波低损耗定向传输等方面提供新思路,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型人工梯度结构中的传播特性。仿真结果表明:在波平面经过一系列的低传输后,所设计模型吸收了大多数的入射声波,与此同时,在模型的另一侧,声波重新在出射声波处汇聚出了一个全新的焦点。此外,越接近共振频率,声波的传输特性便相对越好,由于人工声学结构具有设计灵活性及可调控性,因此在实际应用中可以根据具体情况进行结构的设计,使其满足传输声波信号所需的共振频率,以此提高声波传输效率,为实际水下声源探测、声波通信等提供新思路。     

多元声阵被动声定位研究

针对五元空间声传感器阵列被动声定位中存在着对目标声源位置估计偏差较大的问题,提出了一种七元空间声传感器阵列被动声定位的数学模型,通过数学推导与计算给出了定位公式.利用误差分析理论对比了两种阵列的定位性能,得出了定位偏差与目标声源的俯仰角,方位角和时间延迟量的关系.使用这2种声阵对100个假设目标声源位置点进行估计计算,通过计算机仿真得出了七元空间声阵具有较高定位性能.     

某叉车驾驶室外辐射声场预测研究

以某叉车驾驶室为研究对象,应用了PML方法和边界元法对驾驶室结构振动引起的外辐射声场进行分析预测。在CAE分析过程中,建立了叉车驾驶室PML方法和边界元法声学模型,并以接近实际工况下的振动位移为边界,计算了叉车驾驶室外近场点的声压情况,分析结果表明两种数值方法计算的声场结果基本一致,并与实际场点测试情况对比,测试结果作为CAE数值仿真判断依据,检验了模型的正确性。最后,在此元模型基础上对远场点进行预测分析。两种方法都能有效地分析驾驶室外声场,为结构设计和结构噪声辐射控制提供指导。     

敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳散射特性

研究敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳声散射特性对探测和识别水下目标具有重要意义。利用 COMSOL有限元软件对水下弹性球进行仿真,获得目标强度的数值解,通过与理论解对比验证了该方法可用于计算水下球形结构的声散射特性。通过对弹性球壳敷设覆盖层前后的目标强度进行仿真,对比结果指出敷设空腔覆盖层能有效降低球壳的目标强度。进一步讨论覆盖层材料参数和空腔结构变化对弹性球壳声散射特性的影响,结果表明：空腔比、覆盖层厚度和损耗因子值越大,目标强度越小;与圆柱、圆台空腔相比,圆锥空腔的目标强度最低。     

Effects of electric-acoustic and acoustic-electric conversions of transducers on acoustic logging signal

Based on an acoustic logging transmission network and the engineering pattern of a sliding wave in acoustic logging, analysis and calculations have been performed in a study of the effects of the electric-acoustic and acoustic-electric conversions of the transducers on the acoustic logging signal. The results show that acoustic-electric conversion through the transducer can cause not only a serious disturbance in the signal amplitude, but also an apparent transmission delay. For engineering applications, the amplitude variation and transmission delay must be accounted for in a practical analysis of the acoustic logging signal in rocks. The results also show that with enhanced understanding and proper justification, the error caused by the acoustic-electric conversion can be significantly reduced in evaluation of the cement bond quality of a cased well, and the accuracy of rock porosity calculated using the measured acoustic velocity can be increased.     

快速多极边界元法应用于预测消声器的声学性能

将快速多极边界元法（FMBEM）应用于计算内部声学问题,预测了消声器的传递损失,并与传统边界元法（CBEM）作了比较,验证了所发展FMBEM的正确性.分析和比较了在预测消声器声学性能时单元数和频率对FMBEM和CBEM的计算量和内存需求量的影响规律,结果表明：相对于CBEM,所发展的FMBEM在预测大量单元数消声器声学性能时是高效的;频率对FMBEM的计算量和内存需求量有着重要的影响.     

改善声学显微镜换能器输出信号的研究

为了改善声学显微镜换能器输出信号，从理论上分析了声学显微镜换能器输出信号的拖尾现象产生的原因，是由于它的传递函数的幅频特性起伏大引起的。由此分析提出了一种换能器匹配网络的原理和方法。利用付里叶变换和ＣＡＤ求出超声换能器的传递函数，选择级联的带阻滤波器作为换能器的匹配网络，减小换能器传递函数的起伏。经过计算机模拟和实际匹配网络的制作，联机测试结果证明上述方法达到了改善换能器输出信号的目的。     

基于单个声矢量传感器的频率方位联合估计

单个声标量传感器不能用来估计目标方位,却可以实现目标方位估计.提出了一种基于ESPRIT算法的单个矢量水听器的频率、方位联合估计算法,该方法可以同时估计3个信号的频率和二维方位,并且参数自动配对,不需增加额外的配对运算,与LS-ESPRIT和TLS-ESPRIT相比,该方法减少了一次特征分解,具有运算工作量小的特点.计算机仿真验证了该方法的有效性.     

基于BPNN/HMM神经网络的声学模型研究

研制了一种基于BP神经网络和隐马尔可夫模型(HMM)的混合声学模型,BP神经网络的主要功能是把失真语音特征矢量转换成纯净语音特征矢量,而删则对转换后的纯净语音特征矢量进行分类,从模型级补偿的方面来提高语音识别系统的鲁棒性．讨论了一种基于线性预测的MKCC语音特征提取方法,该方法把提取出的失真语音特征矢量作为神经网络的输入,从而实现了特征参数级去噪处理的目的．     

Aloha-LPD:一种用于水声通信网的MAC协议

为了减小长传播延迟对水声通信网性能的影响,在传统Aloha协议的基础上,借鉴CSMA协议载波侦听的思想,提出了一种用于水声通信网的MAC协议Aloha-LPD.利用水声通信的长传播延迟,采用半双工的通信方式,增加节点等待ACK回复帧过程中接收数据帧的机制,使一个节点同时与多个节点无冲突地通信.通过OPNET建立仿真模型,分析结果表明,与传统Aloha协议和基于RTS/CTS握手的协议相比,Aloha-LPD协议能够提高网络吞吐量,减小网络的端到端延迟.水声传输信道的长延迟是水声通信网性能的一大瓶颈,但如果能合理利用,也能改善水声通信网的性能.     

流体饱和多孔介质中的声强

根据Biot多孔介质声学理论中的应力-应变关系、能量关系、声波方程,采用与在均匀固体介质中平行的方法,推导了流体饱和多孔介质中的声强表达式,进一步完善了多孔介质声学理论。运用该公式导出了多孔介质界面声学边界条件,并可作为研究多孔介质中声波能量的一个基本方程。     

ACCC导线碳纤维复合芯损伤声发射信号研究

参照"QJ 2099—1991三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法"标准,针对ACCC导线碳纤维复合芯弯曲应力损伤,对试验件进行三点弯曲试验,并同步对损伤进行声发射检测。通过声发射信号时域分析和频域分析方法,找出在不同应力损伤与声发射信号功率谱频率之间的对应关系。试验结果表明:树脂基体断裂和碳纤维断裂有明显不同特征,声发射采集的功率谱频率相差很大,树脂基体断裂的功率谱频率在150 kHz左右,碳纤维断裂的功率谱频率在250 kHz左右。声发射仪接收到功率谱低频率为主,则碳纤维复合芯的树脂基体有断裂;声发射仪接收到功率谱以高频率为主,则复合芯的碳纤维有断裂。     

单轴载荷作用下岩石损伤演化及声发射特性研究

本文通过对两种不同岩石试样进行了单轴载荷破坏过程中声发射特性试验,得到了岩石全应力应变破坏过程中,声发射事件时间序列、事件累计数时间序列等声发射特性,分析了岩样损伤破裂不同阶段与声发射参数的内在联系与特征规律,研究表明,声发射信息反映岩石内部的损伤破坏情况,与其内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程密切相关,通过声发射事件数参数拟合出的理论应力应变曲线能够合理地反映岩石实际的应力应变和损伤演化特性,对预测预报岩石破坏失效的过程具有有着极其重要的理论价值和实际意义。     

钻柱中换能器声波信号传输特性实验研究

利用声波通过钻柱传输井下信息,具有得天独厚的信道条件,但是声波在钻柱中的传播特性还没有得到充分的研究,尤其是贴近工程应用的实验研究。依托低频宽带换能器建立了测试声波在钻柱信道中传输的实验装置,基于该装置对换能器声波信号的传输特性进行了实验研究及分析。结果表明:随着换能器激励电压的增大接收信号幅值呈现增大趋势,当电压大于130 V时接收信号幅值趋近饱和。理论和实验分析得到的频域特性均表现出明显的梳状滤波特性;但具体通阻带分布和结构形式存在差异,实际钻柱信道的频域特性更为复杂。由于换能器非线性特性和钻柱信道频带特性共同作用,对于实验用低频宽带换能器,选取3 100 Hz以内频率,并结合正交频分复用编码技术可极大增强声波传输的速率和适用性。