纵振激振面积对条纹振动矩形板声场指向性的影响

在大功率超声应用中,纵振激振换能器与阶梯板间有一定接触面积,导致振动节线与凸台边缘不重合。利用数值计算和有限元分析相结合的方法,研究了(8,0)条纹振动模式下激振源面积大小对矩形板声场指向性的影响。结果表明,对尺寸为180mm×120mm×5mm(长×宽×厚)的矩形薄板,随着激振源半径增大,条纹振动节线逐渐弯曲,(8,0)模态共振频率增大,指向性尖锐程度减小。当观察平面垂直于矩形板表面时,沿y轴方向指向性更为尖锐。当半径增大到12 mm时,副瓣已明显出现,故对该矩形板,应选择激振源半径在8mm以内。     

阶梯型圆盘的指向性及相关因素研究

针对自由边界条件的阶梯圆盘,以带有一个上凸的阶梯为例,将盘面视为中心盘面和圆环面两部分组成,利用瑞利积分、声场迭加的方法,对阶梯盘的指向性进行计算,计算结果与Gallego测试的结果相吻合.进一步分析了阶梯盘指向性与材料、基底厚度等之间的关系.结果表明:指向性与阶梯盘材料关系并不显著;在相同谐振频率下,随着阶梯盘基底厚度的增加,主瓣的指向性将越尖锐,同时副瓣也变得窄细、尖锐.     

平面反射体的有效反射面计算

1 常见规则平面的反射声场如附图所示,设在一各向同性且材质均匀工件中,有一任意形状表面光滑平面反射体。将坐标原点取在该平面的几何中心,z轴沿其法线方向,x轴和y轴在平面内。设探头距反射体足够远且反射面的尺寸甚小于声束直径,移动探头使反射面的几何中心位于声束中心轴线上。则可认为入射到该反射面上的声波为平面波,此时,用势函数表示的反射声场为     

基于声像法非对称型混响室内壁入射声能角度分布的模拟

混响室法测量材料声学性能是目前国际公认的标准测量方法,而混响室内声场通常被假设为完全扩散声场.实际上,完全扩散声场难以实现.因此,通过声像法对非对称型混响室内壁入射声能角度分布情况进行研究.声源设置在调查平面的对面,对调查平面上以0.1 m间隔设置的所有接收点的入射声能角度分布进行模拟.模拟结果表明:入射声能集中分布在0°～20°,在20°～87°区间变化趋于平缓.该混响室入射声能角度分布不同于以往各种假设声场.     

基于模态控制法的平板扬声器指向性控制算法研究

平板扬声器使用激励器驱动薄板产生弯曲振动从而辐射声波,已在手机、电视机等设备中得到应用.模态控制法在平板扬声器的振动控制领域已有较为深入的研究,但尚未发现将其应用于平板扬声器指向性控制的研究先例.结合屏幕发声技术与空间声重放理论,创新性引入模态控制法实现平板扬声器指向性声场控制,首次推导出从动圈式激励器驱动电压到平板扬声器模态激励的频域传递函数公式.结合数值仿真,采用模态控制法对平板扬声器声辐射特性进行指向性控制.结果表明,使用模态控制法控制波束主瓣轴向和覆盖角的效果显著,指向性控制是实现定向发声的关键.     

矩形活塞声源辐射声场研究

研究了矩形活塞声源幅射声场的特性.利用瑞利积分,计算了矩形活塞声源幅射声场的声压分布,画出了声压分布图,并分析了辐射声场的指向特性.结果表明,随着活塞尺寸的增加,声场指向性将变得尖锐.这一结论为进一步研究平面型声聚焦阵提供了理论基础.根据惠更斯原理,推出了由m个矩形活塞构成的相位阵的三维声压分布,并指出了辐射声场的指向性.     

基于手性超材料的双频带线偏振转换器设计

设计了基于平面复合手性超材料(CCMM)不对称传输效应的高效双频带线偏振转换器,并通过仿真和实验进行了验证.结果表明:仿真测得在谐振频点9.6和10.8 GHz处,正入射的y(x)轴线偏振波沿着-z(+z)轴方向通过CCMM板时交叉偏振透射系数超过0.9,共偏振透射系数小于0.2,与实验结果符合较好.线偏振不对称传输系数以及沿着-z轴传输的x轴偏振波总的透过率在谐振频点附近都达到0.9.进一步计算得到:入射的y(x)轴线偏振波沿着-z(+z)轴方向通过CCMM板后仍然为纯度较高的线偏振波,但偏转了90°.通过CCMM单元结构电场分布特性进行了进一步验证.     

矩形板条纹振动模式指向性计算

从矩形薄板的振动特性出发,提出了一种改进的弯曲振动矩形板.因该板在自由边界下无解析解,作者应用有限元法,将自由边界弯曲振动辐射面进行离散、提取模态参数并进行处理.结合瑞利积分编制程序,求出了自由边界矩形板条纹振动模式的辐射声压及指向性,并与改进前的矩形薄板的指向性做了对比.结果表明,改进后的矩形薄板轴线方向上的指向性比改进前的明显尖锐.这对矩形板作为弯曲振动辐射源的应用提供了一定的依据.     

环状活塞换能器辐射声场研究

研究了环状活塞声源辐射声场的特性.利用瑞利积分,计算出了环状活塞声源辐射声场的远场声压分布,画出了声压分布图,并分析了辐射声场的指向特性.结果表明,环带较窄时,旁瓣较大,主瓣较窄;环带较宽时,旁瓣较小,主瓣较宽.讨论了近场情况下轴上的声压分布,为进一步研究同心圆环聚焦阵提供了理论依据.根据惠更斯原理,推出了由m个同心圆环构成的相控阵的三维声压分布,并利用计算机做出了模拟图.     

高频超声清洗中声场分布的仿真及实验研究

高频超声乃至兆声清洗广泛应用于半导体器件的超精密清洗,可以有效去除纳米颗粒污染。其中,声能在声场中的分布决定了清洗效果,包括去除均匀性和清洗对象破坏。对于矩形清洗槽内的声场分布,采用简正分解理论直接求解声压分布。结果表明,兆声声能集中于声源辐射轴所在的局部区域,声压波腹和波节分布反映声源振动面形状,而超声波声能扩散至全声场。采用水听器对超声波声场声压分布进行测量,与理论结果相符。由于截断误差和非线性空化误差的存在,理论值小于实验测量结果。     

准自适应波束形成法及其仿真

为解决智能天线中自适应波束形成算法复杂且难以实现的问题,提出一种准自适应波束形成法.基于均匀分布天线阵方向性图主瓣最窄、二项式分布天线阵在阵元间距为λ/2时方向性图无副瓣的特性,将均匀分布和二项式分布天线阵的方向性函数相乘并展开,得到主瓣窄、副瓣低的天线阵加权系数的计算公式.仿真结果表明,该算法计算量小,所得天线阵方向性图主瓣窄、副瓣低,基本能抑制主瓣之外的所有干扰,且其主瓣指向并跟踪期望用户来波方向,具有准自适应性.     

关于悬臂矩形板凹向的讨论

本文分析了悬臂矩形板沿固支边方向的凹向，校正了文献［１］用康托洛维奇法求解过程中的一个计算错误，得出的结论：悬臂矩形板平行于固支边的凹向略向上凹，在自由边与固支边相交的角隅存在剪力集中现象。图１，表１，参３。     

软性填充物对椭圆形孔洞周区应力场影响的二维分析

采用有限元方法建立了带椭圆形孔洞的矩形板的应力分析模型.首先计算了未填充和填充2种情况下椭圆孔洞尖端的应力集中系数;然后计算了2种情况下沿x轴方向和y轴方向的σx分布.计算结果表明,随着椭圆的长短轴之比的增大,椭圆孔对周区应力场的影响力度增大,沿x轴方向的影响范围减小,沿y方向的影响范围增大.与未填充的情况相比,软性填充物能够降低椭圆孔洞尖端的应力集中系数,显著减小椭圆形孔洞对周区应力场影响的范围.     

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.     

轮胎振动辐射声场有限元法与边界元法研究

为了探索轮胎振动辐射声场特征,基于实测得到的轮胎几何参数和材料参数,建立了P215/70R14型轮胎的有限元模型.将模态分析结果导入边界元软件,求解了轮胎在径向力激励下的辐射效率、辐射声功率、表面方均根振动速度、激励点法向声强及轮胎声场指向性.结果表明,在yOz平面(x轴为轮胎的对称轴)频率为61 Hz处,轮胎声辐射接近偶极子的辐射声场.在频率为451 Hz处,轮胎声辐射接近四极子的辐射声场.当频率高于451 Hz并继续升高时,声场指向性趋于复杂.该结果为进一步探讨轮胎在真实激励条件下辐射噪声的计算奠定了基础.     

任意梯度分布功能梯度板的二维热弹性振动分析

研究了正交各向异性功能梯度平板的二维热弹性振动问题.该平板在y方向无限长,x方向对边简支且温度恒定.从热弹性力学的基本方程出发,假设材料参数沿板厚方向(z方向)按任意函数规律变化,基于状态空间法,在板的上下表面作用机械荷载和热荷载的情况下,获得了功能梯度平板二维热弹性振动问题的Peano-Baker级数解.通过算例,验证了Peano-Baker级数解的正确性,同时也分析了材料参数沿板厚方向为线性分布时不同的激励频率对平板响应的影响.结果表明:位移、应力均随着激励频率接近板的固有频率时,其值也增大.     

风送荷电喷雾特性试验

为研究风送荷电喷雾在空间的粒径分布和沉积特性,设计了一种风送荷电喷雾试验装置,包括雾化装置、荷电装置、风送设备以及相应的测量设备.首先对轴流风机改造前后的气流速度进行了对比,然后探讨了雾滴的荷质比和云电流与电压的关系,最后研究了荷电与非荷电状态下,喷嘴轴线上的雾滴粒径和沉积质量的分布规律,以及轴线上距喷嘴出口2.0和3.0 m,沉积质量沿水平径向(y方向)和雾滴粒径沿垂直径向(z方向)的分布特点.研究结果表明:改造后的轴流风机产生的气流轴向速度增大,有助于增加喷雾射程;雾滴的荷质比与云电流随电压的升高而增大;荷电与非荷电情况下,雾滴粒径与沉积质量均随轴向距离的增加先增大后减小,呈现单峰分布;荷电雾滴沿垂直径向的粒径分布关于轴线呈现出较大的不对称性,即小雾滴在轴线上方,大雾滴在轴线下方;荷电雾滴沿轴向(x方向)和水平径向(y方向)的沉积范围较广且均匀性较好.     

纵振-方形声源辐射声场的计算

指向性是描述声源的一个很重要的声性能参数.边界自由条件下,方形薄板没有位移解析解,加之纵振换能器在激励方形辐射板时与板有一定的接触面积,不能视为点接触,这增加了计算纵振一方形辐射声源指向性的难度.本文基于对瑞利积分公式的离散,结合有限元数值计算方法,计算了不同激励面积下方板的指向性.结果 表明:激励面积将影响方板表面节线分布和纵弯系统的共振频率,进而影响辐射声场的指向性.激励面积较小时,声场指向性较差;激励面积不断增大,方板表面节线组成的圆角正方形逐渐减小且系统共振频率增大,声场指向性逐渐尖锐.     

功能梯度压电压磁材料矩形板自由振动问题三维精确解

研究四边简支接地的功能梯度压电压磁材料矩形板的自由振动问题.假定材料性质沿板厚方向满足指数函数分布规律,将位移、电势和磁势展开成双三角级数,由三维控制方程导出以位移、电势、磁势及其沿板厚方向的导数为状态变量的状态方程,由此得到功能梯度压电压磁材料矩形平板自由振动问题的精确频率方程.     

新型纵弯复合换能器频率特性及辐射声场研究

各边界条件下矩形厚板辐射声场的辐射声场的解析解很难得到,因此利用有限元法分析了由夹心换能器与矩形厚板组成的新型纵弯复合换能器谐振频率的影响因素和辐射声场。结果表明矩形厚板几何尺寸对纵弯换能器频率产生较大影响,谐振频率随着接触面积的增大而增大;随着厚度的增大,各模态频率变化趋势与单独矩形板随厚度增大时频率变化不同;频率较低时,谐振频率随着矩形板宽度的增加而增大,但在频率较大时振动比较复杂,规律不明显需根据具体实际情况确定;同时实验测试结果表明模拟结果与实验结果误差较小。辐射声场研究结果表明矩形板几何尺寸会对复合换能器声场产生不同影响,相同振动模式下随着频率的增加,换能器在各模态频率下的指向性峰值变大且越来越尖锐,并且在主峰外出现了较多次峰;当板厚度增加,相同模态下的指向性变得更加尖锐,其结论可为纵弯振动复合换能器实际工程应用提供理论参考和频率调试依据。