系统频率电磁调谐的双层薄膜声学超材料

为了拓宽声学超材料对低频声波的隔声带宽,设计了1种系统频率电磁调谐的双层薄膜声学超材料,该超材料由双层硅橡胶薄膜、薄膜之间的羰基铁粉、附加铅质质量块、铝质框架和电磁场加载装置等组成.运用COMSOL Multiphysics 5.5仿真和试验等方法,对声学超材料的声学性能进行了研究.研究结果表明:该声学超材料在低频范围内可实现良好的隔声效果;通过输入不同电流改变磁场强度,可以实现声学超材料固有频率的定向调节;与被动声学超材料相比,主动声学超材料实现了声学超材料隔声性能的非接触主动调谐,拓宽了声学超材料的声波控制带宽;在此基础上,通过进一步探讨材料参数对声学超材料声学性能的影响,发现双层薄膜的厚度越厚,杨氏模量越大,声学超材料将获得更宽的隔声带宽.     

声学黑洞轻质超结构的低频宽带高效隔声机理及实验研究

针对低频声波在传播过程中穿透力强、难衰减这一问题,研究了一种新型声学黑洞超结构,结合了声学黑洞和声学超结构的优点,通过改变曲面形状实现了低频宽带高效隔声。在一块10 mm厚薄板上,以阵列形式嵌入多个声学黑洞单元,完成声学黑洞既轻且薄的超结构设计。将设计好的声学黑洞超结构用3D打印技术制作出来,通过驻波管实验对声学黑洞超结构隔声特性进行验证。分析实验数据得到,声学黑洞超结构在50～1 600 Hz的频带上平均隔声量可以达到将近30 dB,并且在100～600 Hz频段内平均隔声量高达40 dB。研究了当声学黑洞单元几何形状幂函数的幂指数发生变化时,声学黑洞超结构隔声量的变化。因为设计好的声学黑洞超结构对加工工艺要求较高,在实际的工程应用中并不方便,所以最后还设计了一款方便实际工程应用的声学黑洞超结构,进行了实验验证,并分析了参数变化时对此结构隔声量的影响。研究的声学黑洞轻质超结构在航天航空、汽车、舰船等需要小尺寸结构实现低频大宽带降噪情况下有潜在的应用前景。     

三角阵列超材料的声传播特性

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,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型声子晶体中的传播特性,给出了二维三组元局域共振型声子晶体的振动机制,并以原胞为基础构建了三角形阵列的声学超材料模型,探究声波与该模型内原胞间的局域共振特性。仿真结果表明,从三角阵列模型底边入射的平面点状及线状激励声源在受到模型的调控后都会重新在顶角处汇聚成焦点;通过入射由三角阵列构成的矩形模型能实现点源的低损耗搬移效果;将两至三个相同的三角阵列组合成平行四边形和梯形模型后会产生平面声波的变向传输。模拟结果显示,此种以原胞为基础的三角形声学超材料阵列模型,在共振频率下会产生反常声学现象,并且随着模型构造的改变,其共振特性也会随之变化,产生不同的反常声学现象。研究结果可为声隐身、声探测及声波低损耗定向传输等研究提供新思路。     

声学超表面在降低水下平板散射强度中的应用

采用间接边界元法对声学超表面平板在水下的散射声场进行仿真计算,分析了超表面平板与刚性平板的散射形态函数及指向性,讨论了结构几何参数对声学超表面平板散射特性的影响.仿真结果表明:以1/20波长为共振腔深度设计的频率附近带宽内,超表面平板的水下反向散射较刚性平板更分散,法线方向上反向散射主瓣的形态函数值较刚性平板降低;随着共振腔单元几何参数无量纲深度H/D和开口尺寸w/D的减小,声学超表面平板的最佳散射无量纲频率也随之降低.     

超声脑成像和经颅超声传感增强方法

超声脑成像技术在脑疾病的诊断和治疗方面有着广泛的应用前景，具体包括超声多普勒成像、超声造影成像、超声定位显微成像、超声弹性成像和时延校正成像。由于颅骨声阻抗与背景介质声阻抗存在显著差异，超声经颅传播时会产生强烈的反射、衰减、波形畸变等，导致超声图像的信噪比降低。针对此问题，本文介绍了基于变换声学理论的颅骨互补声学超构材料设计方法，并通过仿真来验证该方法的有效性。仿真结果表明：具有各向异性参数分布的双负声学超构材料能够抵消颅骨畸变层带来的声衰减及波形畸变，使声波在几乎不造成能量损失的情况下通过颅骨畸变层，从而实现超声透射传感增强。该方法对研究基于声学超构材料的无创高分辨率超声脑成像技术具有重要意义。     

透射型声超表面斗篷的设计

利用2种超表面(相位调控超表面和近零折射率超表面),构建了一种透射型声超表面斗篷.首先，设计了一种具有迷宫结构的近零折射率超表面，该超表面具有近零折射特性，能够使声波绕过障碍物，并沿原入射方向传播；其次，在近零折射率超表面外层基于亥姆霍兹共振结构设计了一种相位调控超表面，该超表面可以通过改变内部空腔长度来实现相位变化，既能调节声波相位，又能保持高透射率，确保声波有效通过.仿真计算结果显示，透射型声超表面斗篷在4 960 Hz频率下能有效隐藏方形物体.     

基于声学超晶格铌酸锂的新型体声波器件

设计了一种集成的声学器件。它的基本结构是由下列3部分组成的，即换能器部分、声学开关部分和声传播介质部分，但其材料均来源于铌酸锂晶体。其中换能器与声开关部分是由声学超晶格铌酸锂构成的，而声的传播介质则是单畴铌酸锂。着重研究了声开关部分所外加的直流偏压对在该器件中传播的声波的影响。结果显示：声开关部分对声波的反射率受到这一外加偏压大小的影响，外加偏压越大，则反射率越强；声子带隙也受到外加偏压的影响，外加偏压越大，则声子带隙将会增宽。同时我们还发现了声开关的反射谱分布决定于铌酸锂超晶格的周期大小，且超晶格周期数的减小也会增宽声子带隙。该器件在设计上有两大优点：一是实现了声学开关器件的集成化，二是充分利用了声学超晶格铌酸锂最大的机电耦合系数。     

多态反共振协同型薄膜声学超材料低频隔声性能

针对普通声学材料无法有效衰减车内低频噪声的问题,提出一种摆臂式轻质薄膜型声学超材料结构设计形式,通过在子单胞内引入多态反共振模式实现了低频隔声频带的拓宽及隔声量的提高。该超材料以柔性乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)材料作为框架,并将4个金属薄片和1个十字形EVA摆臂贴附在0.2 mm厚的聚酰亚胺(PI)薄膜表面构造成谐振部分。通过对超单胞的声传递损失(STL)、多态反共振模式和负等效参数的分析,揭示了STL带宽的拓宽机理;基于超单胞结构衍生设计了大尺寸的柔性隔声超材料,并将大尺寸超材料样件装配到汽车发动机机罩内进行实车降噪测试,通过"混响室-消声室"隔声实验和实车降噪测试进一步预估了超材料对低频噪声的衰减能力。研究结果表明:子单胞间的多态反共振协同模式能调制超单胞处于连续的动态平衡状态,促使低频入射与反射声波相互抵消,从而改善了隔声带宽和隔声量;所设计的超材料可使车内1 kHz以下的发动机噪声平均衰减达3 dB(A),为低频宽带隔声材料的设计提供了一种新的思路,在控制低频噪声方面具有潜在的工程化应用前景。     

水声吸声材料与吸声结构研究进展

低频探测技术的发展对水下航行器的隐身性能提出了新的挑战。为了提高水下航行器的生存能力,通常会在其表面敷设水声吸声材料以吸收声纳发出的探测声波。本文综述了水声吸声材料及吸声结构的研究进展,介绍了基体材料改性、不同吸声结构对吸声性能的影响以及声学超材料在水声吸声领域中的应用,并总结了吸声材料和吸声结构中存在的问题与不足。     

水声吸声材料与吸声结构研究进展

低频探测技术的发展对水下航行器的隐身性能提出了新的挑战。为了提高水下航行器的生存能力,通常会在其表面敷设水声吸声材料以吸收声纳发出的探测声波。本文综述了水声吸声材料及吸声结构的研究进展,介绍了基体材料改性、不同吸声结构对吸声性能的影响以及声学超材料在水声吸声领域中的应用,并总结了吸声材料和吸声结构中存在的问题与不足。     

鱼田堡煤矿地应力的超声波检测

利用声波在弹性介质中的传播特性,阐述了在鱼田堡煤矿进行的地应力超声波检测,并通过多元非线性模拟方法和二次正交变换,得到了被测点的声波椭球,然后在实验室进行了不等压三轴条件下应力与声波关系的实验研究,得出了被测点的应力椭球,从而确定出了测点部位处三个主应力方向和量级,为地应力场的数值分析提供了一定的依据。     

基于声全息的超透镜成像改进方法研究

针对空间Fourier变换的倏逝波近场声全息研究方法存在的缺陷,提出了在近场用声学超透镜代替离散分布在全息面上的声传感器的改进方法。先将声源信息汇聚于一点,再用声压传感器在聚焦点采集声源信息,实现声源识别、定位以及重建,从而有效地避免因离散采集而带来的"窗效应"和"卷绕误差"。建立物理模型,运用COMSOL软件模拟仿真,得到入射波与透镜汇聚声波的能量值比值接近1,成像效果良好,应用前景广阔。     

3种炸药水下爆炸的声波特性测试及其对比分析

为了比较不同类型炸药水下爆炸的声波干扰特性,通过TNT,RS211和RS3-4炸药的水下爆炸实验与测试,从5个方面对比分析了3种炸药水下爆炸的水声特性,即冲击波的衰减特性、冲击波的持续时间、炸药能量特性、声压级及功率谱. 结果表明,炸药水下爆炸可以作为强水声干扰源,但在不同距离上3种炸药的声学特性是不一样的,其干扰性能也不同.     

Comparison study on spherical wave superposition method and spherical wave source boundary point method for realizing nearfield acoustic holography

In the light of the concept of spherical wave source, the theoretical model of nearfield acoustic holography (NAH) based on the spherical wave superposition method (SWSM), including reconstruction of expansion coefficients, prediction of acoustic field, error sensitivity analysis, regularization method and a searching method with dual measurement surfaces for determining the optimal number of expansion terms, is established. Subsequently, the spherical wave source boundary point method (SWSBPM) and its application in the NAH are introduced briefly. Considering the similarity of the SWSM and the SWSBPM for realizing the NAH, they are compared. The similarities and differences of the two methods are illuminated by a rigorous mathematical justification and two experiments on a single source and two coherent sources in the semi-free acoustic field. And, the superiority of the NAH based on the SWSBPM is demonstrated.     

闭式燃烧室中丁烷燃烧的热声耦合机理

结合燃烧理论和声学理论,针对实际中出现的燃烧室空腔压力振荡问题,将声学模型和燃烧计算模型相耦合,用数学模型描述内燃机燃烧过程中的热声耦合现象.通过建立的数学模型,编制闭式定容燃烧的二维热声耦合计算程序对预混合丁烷进行计算,得出热声耦合的特性并给出了描述声场的压力云图,可以看到加入波动方程前后的燃烧过程存在差异.同时结合汽油机缸内燃烧压力实验数据与计算结果对闭式燃烧热声耦合的机理进行了分析.计算和实验数据的对比结果表明,在闭室燃烧过程中,放热与燃烧室声场存在相互影响,因此对内燃机燃烧过程进行研究时,应考虑声学因素.     

液体超声驻波声场实验研究

研究了以蒸馏水为介质的驻波声场对微小颗粒群的作用,观察了颗粒群的运动规律,并应用声流和声辐射压力理论对其进行分析.运用谱分析方法,探讨了驻波声场中的空化现象.结果表明,大部分颗粒在声压波腹处聚集,而在声压波节处明显出现了高次谐波,说明空化效应发生在声压波节处.     

研究均匀损耗介质中声波传播特性的一种新方法

本文引入两个与声衰减有关的介质参量,定义了声传播系数;导出了具有粘滞性衰减和导热性衰减的均匀介质中的声波波动方程;分析了频率和介质参数对声波衰减、相移及声速的影响,所得理论结论能较好地解释有关文献的实验结果.     

基于超材料结构的表面波滤波性能优化机理

声表面波(SAW)滤波器在现代生产生活与军事中有着广泛的应用。SAW滤波器制造成本比较高,成本与性能的性价比比较低。为了推动SAW滤波器的应用发展,需要进一步提升其性能。利用声学超材料结构设计新型SAW滤波器基片,可以有效提高SAW滤波器的滤波性能,并有效改善现有滤波器在带宽控制方面的问题。利用声学超材料设计了一种新的SAW滤波器基片。这种基片相较于现有产品,不仅成本比较低廉,在信号处理等性能方面也有比较大的优化。研究结果对SAW滤波器的应用和声表面波滤波性能的优化有着重要的意义,有很好的现实价值。     

声波在声子晶体中的Zener共振遂穿效应

应用转移矩阵方法,研究了由两个全同声子晶体构成的可调谐声学谐振腔中声波的共振遂穿效应,其遂穿过程类似于量子力学中的Zener共振遂穿效应.通过改变声波谐振腔的长度,研究了声子晶体的带隙中声波遂穿的动力学过程.结果表明:不同带隙具有不同的遂穿特征,遂穿频率随着谐振腔的增加呈周期性振荡变化的规律.     

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。