等厚双层涂层材料受切向集中力作用的三维理论解

基于三维弹性问题Papkovitch一般解和半无限体表面受切向集中力作用的基本解,通过利用镜像点方法和Dirichlet等值性原理,推导了等厚双层涂层材料受切向集中力作用的显式理论解。该理论解是以固定在各镜像点上的局部坐标系下的位移函数的形式给出的。由于载荷点通过涂层自由表面和界面的反复映射,可产生无穷多个镜像点,但最后的数值验算表明,我们只需考虑有限个镜像点,即可获得足够精度的解,这不仅说明推导的正确性,而且也表明只有前面几个镜像点的位移函数才对结果有较大影响。该理论解还可用作格林函数,进一步求解复杂问题的理论解。     

基于简正波的浅海混响序列仿真

提出了一种基于简正波的混响时间序列仿真方法推导出了模型的理论公式,给出了其实现方法和仿真结果基于运动声源和接收器的简正波声场和混响点散射模型,并就仿真结果进行了混响时间序列幅度瞬时值、包络值的概率分布密度以及时间相关性等统计检验。和理论结果对比表明了该仿真模型的有效性,可用于浅海低频混响序列的仿真。     

浅海低频声场的水平纵向相关性

基于一次浅海声学实验数据,研究了浅海低频声场的水平纵向相关特性。利用简正波干涉理论,对实验结果中声场水平纵向相关的振荡结构与强烈起伏现象进行了分析与解释。声场水平纵向相关的振荡结构是由简正波干涉所致,该实验结果进一步验证了该现象在浅海低频条件下的普遍性。当实验中采用的爆炸声源的标称深度位于声场中某号有效简正波的一个波节附近,声源实际爆炸深度的较小变化引起该号与其它号有效简正波幅度比值的较大变化,从而在有效简正波号数较少的情况下引起了声场水平纵向相关的强烈起伏现象,该现象表明在一定条件下声源深度是浅海低频声场水平纵向相关的一个敏感参数。     

匹配场反演阵形估计算法的试验研究

传统的阵形估计算法都基于这样一个假设,即声传播为平面波或球面波模型,在浅海应用条件下,多途效应显著,该假设失效,造成此类算法的性能下降。提出了一种基于匹配场反演的阵形估计算法,采用简正波模型对声场建模,将多途建模为不同号数的简正波,从而消除了多途效应的影响;并且通过合理地选择目标函数,使算法对环境参数的扰动具有一定的宽容性;利用柔性阵的线性约束,将阵形畸变用弧线建模,使问题简化,在缺少声源精确位置等先验知识的前提下,仍能实现阵形的准确估计。理论仿真和试验结果表明,该算法是有效的。     

橡胶筒承受径向载荷时的位移解析解

基于经典弹性理论，利用Euler方程组推导了橡胶筒承受径向载荷时的位移解析解，推导过程中未采用体积不可压缩假设,有限元计算表明，该解析解是正确的。     

空气声源激发的浅海声场的理论研究

研究了将空气中声速分布建模为Epstein分布,水层和海底均为均匀分布的三层介质模型的条件下,空气中点源激发的水下声场。既推导得到了声压场的形式解,通过数值分析,表明空气中点源激发浅水波导,在水层中形成的波导简正波具有实数本征值,可以远距离传播,称其为"水波"。空气层中的Epstein波导简正波在水层中为非均匀波,传播速度取决于空气中声速,称其为"水面波",并指出空气中声源运动产生的水面波多普勒频移大于水波多普勒频移。     

一种适用浅海声源的多阵列直接定位方法

针对水下传感器网络系统中的声源定位问题,提出了一种适用于浅海声源的多阵列直接定位方法。该方法根据简正波理论建立阵列接收模型,并根据各阵列接收数据建立联合似然代价函数,最后利用遗传算法进行多维搜索,直接获得声源二维位置估计。仿真结果表明,该方法的声源定位误差小于传统的分步定位方法的定位误差,在较高信噪比时的定位误差稳定在50 m内。该方法通过多阵列联合直接得出声源位置估计,避免了传统分步定位方法中二次估计误差的引入,从而提高了声源定位的精度。     

一种基于波数积分方法的线源声场计算方法

提出了在Pekeris波导条件下,一种基于波数积分方法的线源声场中的稳定数值计算方法。通过对深度格林函数中上行波与下行波的归一化,得到稳定的系数矩阵,从而求得格林函数的解析解。对深度格林函数进行模式展开,验证了该方法得到的深度格林函数解析解的准确性。结合仿真实例,将该方法得到的波数积分模型与传统简正波模型KRAKENC的结果进行比较,结果显示,当某号简正波的波数与海底波数接近时,KRAKENC计算不出该号简正波,会导致KARKENC的计算结果不准确,而波数积分方法可以很好地解决该问题。因此,提出的方法可以作为Pekeris波导中线源激发声场的标准模型。     

半空间内二维圆柱声散射理论解析解

采用理论解析方法研究半空间内二维非紧致圆柱的声散射。齐次Helmholtz方程的解在柱坐标系内用自由空间格林函数的级数展开式表示。基于镜像源方法,利用刚性半空间边界反射圆柱散射声波来解决半空间边界和圆柱之间的多重散射。结合等效源原理,处理半空间边界质量型阻抗特性和刚度型阻抗特性对声传播的影响,推导单位强度简谐单极子点声源产生声场的理论表达式。总声场可以表示为四个分量的总和:入射声场、反射波以及圆柱和镜像圆柱的散射声场。采用边界积分方法对声散射进行计算,以验证理论公式的正确性。点声源模型的理论解析值与边界积分方法数值解在研究的波数和观察点角度范围内一致。     

双层介质声传播问题的标准解及有限元解

文章通过双层介质中的声传播问题,研究了有限元方法在水下声场计算中的应用。基于传统的Galerkin方法推导出水下声场的有限元方程,采用四节点四边形单元离散求解物理域,可选择辐射边界条件、DtN (Dirichletto Neumann)非局部算子、完美匹配层来处理出射声场,得到有限元解。为了验证该有限元模型,需要高精度的参考解。水平不变均匀介质中的声传播问题存在解析解,但双层介质问题不存在解析解。因此,对于双层介质声传播问题,使用波数积分法推导出标准解。分别考虑了有限深度和无限深度双层介质两种情况,并进行了数值模拟。数值结果表明,文章所提的有限元模型与参考解非常吻合。此外,还发现当某号简正波的本征值非常接近割线时,简正波模型KRAKEN难以准确计算该号简正波的本征值,从而声场计算结果存在明显误差;但是有限元方法不需要计算本征值,所以当KRAKEN模型出现此类问题时,有限元方法仍能给出准确的声场计算结果,表明有限元方法在普适性方面优于简正波方法。