弱粘接结构中谐振频率与刚度比的数值研究

利用超声波垂直入射的方法,研究了粘接层界面具有弹簧模型的边界条件下,波的反射系数与谐振频率的关系。首先,利用粘接层界面的一次反射导出切向和法向刚度比表达式;其次,推导了粘接层界面存在多次反射和透射时刚度比、谐振频率及反射系数之间的关系,得到了弱粘接结构的反射系数随着不同刚度比的变化规律;最后,分析了弱粘接层厚度的变化对谐振频率的影响。理论分析和数值计算的结果表明:随着刚度比的增加,谐振频率向高频方向漂移;并且,随着粘接层厚度的增加,粘接结构将出现多阶谐振频率。     

金属-介质多层膜超衍射材料频谱滤波特性

本文理论研究了金属-介质多层膜光学超衍射材料频谱滤波的物理机制。严格矢量分析光波在金属-介质多层膜中频谱耦合传输的带通行为规律,理论分析单元厚度、填充比、膜层材料虚部和Al/Mg F2多层膜对数对空间频谱的带通窗口和透射振幅的影响因素。研究表明单元厚度和填充比主要影响空间频谱的带通窗口,膜层材料虚部和膜层对数主要影响空间频谱的透射振幅。该研究结果有望应用于超分辨成像光刻、表面等离子体结构照明、表层显微和生物传感等领域。     

完整岩体对测井频率应力波的滤波特性

不同频率范围内的应力波在岩体的传播过程中,衰减系数对频率的依赖性具有显著差异。通过现场试验研究完整岩体对测井频率范围内应力波的滤波特性,针对常用黏弹性模型在描述衰减系数与频率关系存在不足,在频域上对黏性系数进行非定常处理,建立黏性系数非定常Maxwell模型,采用波形相关系数评价改进模型的滤波效果。研究结果表明,完整岩体总体上表现为低通滤波,在低通滤波范围内具有非等间距带通滤波特性,随传播距离增加,带通数逐渐减小;在吸收频率过渡带,应力波衰减系数随频率变化非常快,黏性系数非定常Maxwell模型能够有效描述应力波在完整岩体中的衰减系数变化规律;吸收频率过渡带的边界频率与传播距离成负指数关系,吸收频率过渡带的陡度参数可以近似认为是常数;随传播距离增加,黏性系数非定常Maxwell模型描述完整岩体的滤波效果明显提高,当传播距离为4.75m时,波形相关系数达到0.89,表明采用改进模型描述完整岩体是有效的。     

板状粘接结构中对称和反对称纵波与界面的相互作用

为了激发粘接结构中的导波或界面波,通常需要将声波从两半无限介质同相位或反相位地同时入射多层系统。针对此问题,基于矩阵方法,推导了界面处于理想连接的情况下,对称或反对称纵波从上下半无限空间入射时,三层板状粘接结构中纵、横波的反射与透射系数表达式。分析了入射角度、粘接层厚度以及基体材料等对声波反射(或透射)特性的影响。结果表明,对称或反对称纵波垂直入射时不发生波型转换。粘接结构中声波的反射(或透射)特性与入射角度、频率以及粘接层厚度等参数密切相关。在相同的粘接层厚度(或频率)范围内,随着声波频率(或粘接层厚度)的增加,谐振频率曲线向低频漂移。该方法可作为粘接结构中体波或导波传播特性研究的重要理论基础。     

机械结构流体层厚度超声测量方法理论研究

针对机械设备运行状态监控需要,对机械结构流体层厚度超声测量方法进行了理论研究。根据流体层厚度超声测量的实际情况,建立了超声波在三层介质中传播的理论模型,并由边界连续条件,得到流体层超声波反射系数的连续模型。通过对不同厚度流体层反射系数曲线的理论分析,得到流体层厚度超声反射系数测量的谐振模型和弹簧模型,即通过流体层的谐振频率和刚度系数来表征其厚度。同时,研究了三层介质的声学特性对流体层超声反射系数及厚度测量的影响。     

层状岩体爆破抛掷方向对大块率的影响

层状岩体的爆破效果往往较差,易引起较高大块率。通过理论分析层状岩体软弱结构面,并结合单个爆破漏斗试验可知,结构面间粘结力、应力波振幅和入射角度是影响爆破效果的主要原因,以此为理论基础并总结前人的科研成果,建立抛掷方向和岩层走向的夹角θ与大块率的关系。     

非饱和土地基中P1波通过复合多层波阻板的传播特性研究

基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板(复合多层波阻板以3层为例),利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中P₁波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理、力学参数对非饱和土地基中P₁波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明：复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量对透、反射系数影响显著,层间波阻板材料的密度对透、反射系数影响较小。故严格控制层间波阻板的剪切模量可以获得很好的隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。     

平面波与层状多孔介质海底的反射和透射

针对典型的海底介质结构情况,研究了从海水入射到含有非固结沉积层的层状流体饱和多孔介质海底的平面波的反射和透射问题,分析了沉积层和基岩中纵、横波速度和衰减的频散变化特点,在沉积层厚度和频率变化时,对海水-海底界面上的位移势函数反射系数进行了计算和分析。研究结果表明：在沉积层厚度一定的情况下,较高频率时,沉积层对海水中声场的影响较大,而频率较低时,基岩对海水中声场的影响较大。在以不同的掠射角入射时,由于沉积层中质点的法向共振,广义位移势函数反射系数随频厚积的变化曲线会出现一系列的共振峰,随着掠射角的减小,共振峰个数减少,但共振峰的幅度会增加。     

基于反射系数建模的层状CFRP超声共振特性研究

对层状碳纤维复合材料(CFRP)超声反射系数进行建模并研究超声波在CFRP内的共振特性。首先建立了声波在多层介质中传播时的反射系数频响模型;在此基础上对多层CFRP反射系数频域响应进行数值计算并对反射系数频响随CFRP层数的变化特征进行分析;结果表明使用中心频率接近层状CFRP固有共振频率的超声探头进行检测时,超声波在层状CFRP中将产生共振现象;在CFRP层数较少时,共振结构噪声中会夹杂其他频率的信号成分。随着CFRP层数增加,共振结构噪声在信号共振区域的占比将会提高;当CFRP层数增加到一定数量后,共振结构噪声将只在离超声波入射表面较近的区域出现;随着超声波远离入射表面,共振结构噪声将逐渐消失。最后对薄板型CFRP和厚截面CFRP的实验信号进行分析,得到的实验结果和数值计算结果相一致。     

含单条顺层结构面岩体中爆破振动的规律

为了研究爆破地震波在含结构面岩体中的传播规律,以大冶铁矿爆破开采工程为依托,基于动力有限元数值模拟分析了深孔爆破的荷载特性,建立了坡角为50°的含单条顺层结构面岩质边坡,分别分析了采矿深度、结构面刚度和结构面倾角对坡面质点峰值振动速度分布特征的影响。结果表明:结构面的存在对爆破地震波的传播规律有显著的影响,但采矿深度的影响相对较小;结构面法向刚度的增大在一定范围内能显著提高爆破地震波的透射效应;切向刚度和结构面倾角的影响相对较复杂。     

基于波分析法的L型结构弯-扭耦合振动研究

利用波分析法研究了L型转角结构中弯曲波-扭转波的耦合传递规律。在前人研究基础上,提出了新的无量纲系数,将转角平衡方程无量纲化,推导出弯曲波和扭转波在半无限长L型转角处的透射及反射系数,并将该结果应用到有限长转角结构的弯扭耦合振动计算中。通过数值计算分析了弯曲波和扭转波入射条件下转角处结构声能量透射和反射关系,计算表明随着频率上升,总透射能量呈上升趋势,波形转换能量占总能量之比也随之上升。对一L型结构进行了振动测试,并将测试结果与数值计算进行比较,验证了无限结构的透射和反射系数可用于计算有限结构的耦合振动。该研究的结果对船舶声学设计具有指导作用。     

阻抗和厚度梯度变化准周期结构水下声学特性研究EI北大核心CSCD

周期结构在减振降噪、滤波等方面具有很大的应用潜力。功能梯度材料是近年出现的具有优良性能的新型复合材料。为了满足水下低频宽带应用的要求,将周期结构和功能梯度材料相结合,提出了厚度和阻抗梯度变化的准周期结构。利用传递矩阵法,对厚度和阻抗梯度变化的准周期结构进行了反射系数的仿真,与周期结构带隙特性进行了比较,分析了厚度与阻抗对准周期结构带隙的影响,最后根据仿真结果制备了试验样品,进行了水下验证试验。研究结果表明,厚度和阻抗梯度变化的准周期结构,第一带隙具有更低的起始频率与更高的截止频率,阻抗梯度变化对准周期结构带隙特性的影响大于厚度梯度变化。研究结果可为利用准周期结构实现水下低频宽带的减振降噪提供参考。     

层状双周期结构声子晶体带隙特性研究

设计了一种层状五组元双周期结构声子晶体,并将其等效为一维声子晶体,采用传递矩阵法推导出了该结构的能带结构;在该带隙范围内弹性波或声波的传播能够得到有效抑制,实现对噪声的控制。同时,分析了取消内部周期以后第一带隙的变化以及改变硅橡胶层厚度对第一带隙的影响。结果表明,该结构与简单二元结构相比,在降低带隙频率的同时有效减轻了结构质量,且"内部周期"主要影响带隙宽度;当增加硅橡胶层的厚度时,带隙频率进一步降低。     

油膜厚度超声测量方法及实验研究

根据垂直入射超声波在3层介质中传播的相关理论,给出了基于超声波反射系数油膜厚度测量的谐振模型和弹簧模型,在此基础上进行实验测试。设计并制作了基于STC单片机的信号发生控制器电路,编写了脉冲串波形、频率和个数控制程序,对给定油膜厚度的试件进行了超声测量。结果表明：通过测量超声波反射系数可间接获得机械结构中。油膜厚度,并且测量误差基本保持在5%的范围内。     

粘滞固体滑移界面层的超声测量

超声纵波与横波分别垂直入射到固体间的Stokes流体滑移界面层时,其反射系数与界面层的特性(包括粘滞系数、体积弹性模量、厚度)或入射波的频率有关.通过对纵横波两种波型各自在粘滞流体界面层的反射特性的讨论,结合两种粘滞性不同的流体界面层试验测量结果,说明了使用纵横波测量滑移界面层粘滞性的不同特点.     

微波低通高阻频率选择复合材料的设计研究

采用数值法设计了8～12GHz(X波段)具有高反射同时2～4GHz(S波段)具有高透射的频率选通复合材料.采用有限元法(FEM)计算了含导电纤维复合材料的传输和反射系数,并用自由空间法对所制备的多层凯夫拉(Kevlar)纤维增强的复合材料样板(424mm× 424mm)进行测量.测量结果与计算结果具有良好的一致性.同时发现复合材料基材的介电特性和所嵌入金属纤维的电导率对材料的传输损耗有很大影响.     

莫来石耐火材料在微波加热中的透波性能研究

为了研究微波加热频率、温度、厚度对莫来石耐火材料透波性能的影响,以期设计出在整个微波加热过程中都具有良好的透波性能的耐火层,利用单层平板内电磁波传播的理论机制和计算模拟技术,分析了耐火层厚度、温度及频率变化对莫来石耐火层透波性能影响的规律。同时从透波性能的角度,提出了莫来石耐火层在微波加热中厚度选择的基本原则。研究结果显示,随着厚度的增加,会相继出现多个透波峰,并且透波峰值呈指数减小;随着温度的升高,莫来石耐火层对电磁波的透波峰向较小厚度方向偏移;在915MHz频率下,厚度为0.025m、0.045m、0.07m时,莫来石耐火层展现出很好的透波性能。     

声波由粘弹性介质向流体介质入射情况下的声反射分析

在研究含腔体的结构的声学特性时,会遇到声波从粘弹性介质向流体介质入射的情况。主要研究了声波从粘弹性介质向流体介质斜入射情况下的声反射特性,分析表明：反射声波中有横波和纵波同时存在,纵波声压反射系数随入射角度的增大逐渐增大,横波的声压反射系数随入射角度的增加先增大后减小,在垂直入射时只有纵波,而没有横波存在。这些结论为进一步研究带空腔结构的声学特性打下了基础。     

曲梁周期结构隔振器特性研究

利用曲梁具有径向刚度和切向刚度耦合以及波形转换的特性,设计了具有低频宽频带隙的曲梁周期结构隔振器。该隔振器由多层面板-支撑曲梁结构构成。针对曲梁对边支撑的结构,推导了分析含有内部自由度的周期结构的能带结构以及利用子结构迭代法进行响应求解的一般公式,并进行了验证,该子结构迭代法特别适合于周期数较多的复杂周期结构的响应求解。对带隙起始频率和终止频率所对应的结构模态进行了分析。讨论了曲梁和面板结构参数变化对周期结构隔振器带隙结构的影响。并且对一对边支撑的曲梁周期结构隔振器进行试验研究,测得其原点导纳和传递导纳,验证了这种周期结构低频宽频带隙的存在和建模方法的正确性。     

层堆积二维金属网格吸波结构及电路模型

基于金属栅,建立了一种加入阻性毯面的多层堆积、金属条周期格栅吸波结构。将单层传输线模型引入多层堆积复杂吸波结构,建立传输线理论电路模型。验证结果表明,模型精确度较高。理论模型对多层吸波结构透射谱的物理机制可以用最简单有效的计算和测量方式反映出来。不同极化波下,所建电路模型在2～15GHz频率范围内可以完全拟合此结构的微波吸收特性。金属栅基底的加入,使反射极点消失,带宽展宽约5GHz,吸收极点频率随入射角变化的漂移量较不加阻性毯面小很多。