阵列解析式超声聚焦换能器研制及空间感测分析方法研究

传统的超声聚焦换能器大都采用单一的压电感测元件作为接收源,接收信号为作用于压电材料上的反射声场积分结果,无法反映反射声场的空间分布特性。采用激励与接收相分离的方式,研制一种新型阵列解析式超声聚焦换能器,利用多个感测元件为接收单元,通过一套基于FPGA技术的高速超声检测系统,实现了对被测试件反射声场的空间分布信号的采集和分析。阐述阵列解析式超声换能器的设计与制作方法,对换能器的多个感测元件的激励响应特性进行标定,利用该换能器的阵列感测元件的空间分布特性,对多角度声场感测信号进行分析和处理。以阶梯试件的台阶高度为测试对象开展空间感测声场测试方法分析试验研究,达到预期效果,为不规则裂缝缺陷检测奠定了基础。     

车窗开闭状态对双层列车车厢内火灾烟气特性的影响

车窗开闭状态对列车火灾影响较大,而在现有研究中,对双层列车火灾烟气特性研究较少。基于计算流体动力学理论(Computational dynamics theory, CFD),建立双层列车单节车厢的火灾数值计算模型,采用大涡模拟方法(Large eddy simulation,LES)对车内流场进行数值模拟。在火源位置、火源功率以及列车运行速度等参数不变的条件下,研究不同位置车窗的开闭状态对双层列车上下两层车厢内烟气特性的影响。结果表明,打开不同位置的车窗对车厢内烟气特性影响较大;打开火源前方的车窗使双层列车整节车厢的烟气层高度升高、CO浓度降低、烟气温度下降,车厢内烟气向有利于乘客逃生的方向发展;打开火源后方的车窗只降低车厢后部区域CO浓度和烟气温度,烟气层高度升高。根据研究结果,为双层列车逃生疏散设计提供参考。     

高速受电弓开闭口运行气动特性及对比研究

受电弓的气动性能严重影响其受流质量,是高速列车安全运行的关键要素之一。基于计算流体动力学理论,建立高速受电弓空气动力学模型,对比分析了高速受电弓在开口和闭口两种运行状态下的流场结构和气动力特性。数值模拟得到的受电弓气动阻力与风洞试验误差为4.07%,弓头气动升力的误差为7.95%。研究结果表明:在研究的速度等级范围内,高速受电弓开口运行气动阻力比闭口运行大2.24%～3.33%,弓头升力较闭口运行大5.45%～7.98%;不同开闭口运行状态对弓头滑板升力的影响较小。在同一开闭状态下,当高速受电弓运行速度大于等于400 km/h时,气体压缩效应对受电弓气动阻力的影响较大,且随速度的增加而增大,然而,气体压缩性对弓头气动升力的影响较小。     

特殊制备材料力学性能超声无损检测与评价方法

为了检测新材料性能和评估新制备工艺,利用超声显微无损检测系统和PVDF线聚焦超声探头,对增材制造(3D打印)和粉末冶金2种特种加工试件进行表面波波速测量,用于材料力学性能的反演.利用散焦实验测量和时间分辨法,测量试件截面不同位置、不同角度的表面波波速,获取相应位置和角度下的力学性能参数.实验所用窄探头PVDF薄膜宽度仅为1 mm,通过减少被测面积,提高了探头的分辨率.结果表明:粉末冶金材料在任意方向上的表面波波速基本一致,呈各向同性.3D打印材料不同方向表面波波速略有差异,呈现出一定的各向异性.超声显微无损检测系统可用于材料的小区域、多角度声学性能测试,实现材料力学性能的反演表征,为新材料性能检测、新制备工艺评估提供一种无损检测与评价的方法.     

受电弓下沉对其气动和声学行为的影响

为研究受电弓下沉对其气动行为和声学行为的影响,建立了考虑安装平台的高速受电弓计算模型,基于计算流体力学和声学类比理论,对受电弓的气动和声学行为展开数值模拟。受电弓下沉高度分别设为100、200、300、400和500 mm,通过风洞试验验证了数值计算方法的合理性。仿真结果表明：随着受电弓安装平台下沉高度的增大,绝缘子和底架迎风面正压减小,受电弓气动阻力减小;安装平台气动阻力先增大后减小,通过优化腔体过渡倾角可显著减小安装平台所产生的气动阻力;当安装平台下沉高度为300 mm、腔体倾角为30°时,受电弓开口、闭口运行时其气动阻力分别减小2.0%、1.8%,整车阻力分别减小1.4%和1.1%;受电弓气动噪声具有明显的主频特性,主要频率约为330 Hz,能量主要集中在400~2500 Hz范围内;安装平台下沉后,绝缘子和底架周围流体流速减小,绝缘子和底座的表面声功率显著降低;安装平台下沉300 mm时,受电弓远场气动噪声最大声压级减小2.02 dBA,平均声压级减小1.31 dBA;受电弓下沉可改善其气动和声学性能。