基于分段声学黑洞板件的振动特性分析

非理想声学黑洞结构由于截断的存在,弯曲波在到达截断处会形成反射,导致对振动的抑制效果减弱。针对弯曲波反射问题,本文提出一种分段声学黑洞结构,并采用有限元法进行谐响应分析,计算不同频率下的振动速度响应。结果显示,与传统声学黑洞结构和均匀板件结构相比,分段声学黑洞板件在黑洞布置处具有更强的能量聚集效应,弯曲波的反射问题得到有效解决,在远离黑洞结构的均匀处表现出更好的振动抑制效果。同时,探究贴敷阻尼层以及不同黑洞材料对振动控制的影响效果,结果表明,阻尼层尺寸以及厚度的增大均能提升减振效果。材料刚度的提升亦能进一步增强结构的减振能力。本文的研究可为新型声学黑洞的结构设计提供一种思路。     

声子晶体角式组合杆的减振性能研究

针对声子晶体直杆减振效果不理想的问题,提出了一种具有宽频多维减振能力的声子晶体角式组合杆.采用传递矩阵法进行了理论分析,在MATLAB中进行了数值计算,最后通过仿真和实验加以验证.分析结果表明:声子晶体角式组合杆能够实现弯曲带隙内的三维减振和纵向带隙内的二维减振性能,是一种良好的宽频多维减振元件;夹角和加载角对声子晶体角式组合杆的减振性能有重要影响.     

AlN晶体声子谱及其热学性能的第一原理计算

针对AlN晶体的声子谱和热学性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了AlN晶体的声子谱以及内能、质量定容热容、熵和自由能与温度的关系曲线,并对曲线进行了理论分析.计算结果表明：AlN晶体的声子谱有12条曲线,其中3支为声学波,9支为光学波,并且形成了一光学带隙.AlN晶体的内能随着温度的增加而增加;质量定容热容起初随着温度的增加而较快地增加,后来逐渐达到稳定值;熵随着温度的增加也在增加,并且关系曲线有一定的弯曲;自由能随着温度的增加在不断地减小.以上计算结果与物理规律具有一致性.     

流固混合声子晶体中负折射与导波特性研究

针对声子晶体中负折射现象产生的原因以及调控波导的方法,本文研究了工字型钢在空气中正方形排布所形成流固混合型声子晶体的波动特性。数值计算是通过有限元方法进行的。根据等频率曲线确定声子晶体产生负折射的频率,并进行模拟验证。通过引入线性缺陷,设计直线和折线型波导,调控波的传播。并通过引入耦合共振缺陷,研究结构中耦合共振波导的波动特性。结果表明：在?=0°的声子晶体中,5 255 Hz时波仅沿y方向传播。在?=45°的声子晶体中,3 045 Hz时波的传播会出现负折射现象。只有在特定的频率范围内,波在Z型线性波导中能够较好地传播。在不同的频率范围内,波在2种直线型耦合共振波导中均能够较好地传播。相关结果为流固混合型声学器件的设计提供一定的数值基础。     

一类局域共振型声子晶体梁的带隙分析

针对局域共振带隙生成机理问题,给出一类由树脂基体、硫化橡胶套和铅套所构成的一维局域共振型声子晶体梁结构,并对其弯曲振动传输特性进行有限元分析,研究带隙起止频率的形成机理,给出相应的简化计算模型.结果表明:该声子晶体梁能够产生低频带隙;带隙的起始频率由局域振子的摆动模式决定,相邻振子间相位排列关系不具有明显的规律性;带隙...     

含共振单元的单相3维声子晶体设计及其带隙特性研究

局域共振型声子晶体具有低频段的弹性波带隙特性,在振动与噪声控制工程领域有着重要的应用前景。三维局域共振型声子晶体的结构形式目前主要是基于多组元材料体系,在面向工程实际的制造和应用方面存在局限。对此,本文提出一种可实现低频局域共振带隙的单相三维声子晶体结构,利用有限元方法计算了声子晶体的能带结构、振动模态和传输特性。结果表明：该结构在具有高频带隙的同时,可在归一化频率低于0.1的范围内打开相对带隙宽度超过20%的低频弹性波带隙。结构中球形质量单元和连接体的局域共振是该低频带隙产生的主要原因。结构材料属性的变化影响带隙频率值的实际大小,而结构几何参数决定带隙在整个能带结构中出现的相对位置。通过改变结构材料参数和几何参数,可以实现对低频带隙边界和带隙宽度的调控。带隙的进一步拓宽可以通过构造几何参数渐变的组合结构来实现。本文所提出的单相三维声子晶体结构可用于低频减振降噪材料和器件的设计开发。     

基于超声频段的声子晶体负折射率成像规律分析

声子晶体的负折射率研究是突破透镜衍射极限,实现声透镜超高分辨率的最重要手段.通过局域共振声子晶体的振动模型分析,在系统共振频率附近得到了负的质量参数,并以此为原胞构建了声透镜.利用Comsol软件模拟了近场点声源通过声子晶体平板的负折射率成像过程,很好地验证了该透镜负折射率的实现.观察到入射波和出射波的波形基本接近,弥散现象很弱,解释了声子晶体可以突破衍射极限,实现了超高分辨率的特性.仿真结果表明:该模型的原胞尺寸为0.000 5 m,传输声波的波长为0.025 86 m,实现了利用小尺寸结构调控大尺寸波长的声学信号处理的目的.     

三维晶体位移相变的大振幅晶格动力学模型

本文提出了一种处理金属中位移相变形核机制的理论方法.认为晶体中声子可分为普通声子和大振幅声子两类,其中大振幅声子存在失稳机制可能带来晶格失稳导致相变.相变位移波的传播只限于有限几个特殊方向.切变方向也只有有限个,与波矢相对应.据此,给出了位移波矢及切变方向应满足的方程.     

类手性拉胀型声学超结构的设计及隔声特性研究

为满足航空航天、船舶海洋、土木建筑等领域对轻质多功能结构的迫切需求,本文设计了一种兼具轻量化、高承载和具有优异隔声性能的新型声学超结构。基于声子晶体及声学超材料的设计思想,提出了一种新型类手性拉胀型声学超结构,采用局域共振理论,建立了多层复合谐振局域共振型声子晶体的数值模型,通过与已有结果对比,验证了模型的准确性。基于此,研究了结构在变结构参数条件下的传声损失特性,以及杨氏模量、泊松比等材料参数对结构隔声性能的影响。研究发现：采用多重复合谐振型局域共振声子晶体与橡胶框架进行错层排列,并设置弧度边界,可以同时保障声学和力学性能,并进一步分析了材料、布局对隔声效果的影响。研究结果可为新型轻质隔声结构的设计提供理论参考。     

任意散射体二维声子晶体的带结构计算方法

通过将二维任意形状散射体的声子晶体单元离散化,采用数值积分的方法,解决了其结构函数求解中的积分问题,从而改进了现有的平面波算法,使之能够计算二维任意单元结构正方晶格声子晶体的带结构.通过对比采用传统的以及本文中改进的平面波算法分别计算得到的规则单元结构声子晶体的带结构,验证了文中算法的正确性.采用文中改进的平面波算法,可方便地对二维声子晶体的单元结构进行拓扑优化,从而改进其带隙特性.     

非线性波动方程的孤波解及余弦周期波解

利用假设待定法,求出了非线性波动方程的具有双曲正割函数分式形式且渐近值不为零的精确孤波解和余弦函数周期波解,并分别讨论了它们的有界性,揭示了行波波速改变对钟状孤波解与余弦函数周期波解波形变化的影响.     

广义超弹性杆波动方程的行波解

就广义超弹性杆波动方程的行波解进行了研究,讨论了该方程存在光滑行波解的必要条件,研究了当方程中g(u)为三次多项式和指数形式时行波解的具体情况及存在条件,利用相空间(φ,η)讨论了广义超弹性杆波动方程的平衡点及相应的轨线.     

对称正则长波方程的精确行波解

为研究对称正则长波（SRLW）方程,采用 Fan 子方程法并借助 Maple 软件得到了该方程丰富的行波解：三角函数解、双曲函数解、双周期Jacobi椭圆函数解,并给出了解的数值模拟图。结果表明,Fan子方程法对求解非线性方程是一种非常有效的工具。     

毫米波线性调频连续波测距方法研究

针对毫米波雷达系统的小型化需求,文章设计了一种雷达测距系统,应用锯齿波线性调频信号测距原理.采用该系统测量不同材质被测物的距离,验证系统的测距性能.实验表明:金属体以及玻璃杯对毫米波的反射特性较好,可以捕获回波信号;毫米波无法捕获塑料物的回波信号,导致无法测得塑料物体的距离.金属物距离分辨率达到0.045 m.     

用符号计算求解非线性波动方程的精确孤波解

提出一种推广的求解非线性波动方程精确孤波解的双曲函数展开方法，借助符号计算Maple，应用该方法得到了2个非线性波动方程的精确孤立波解，其中包括一些由4个双曲函数组成的新解。结果表明该方法简单有效，并且可以应用到其它的非线性波动方程。     

A feedback latching controller for two-body wave energy converters under irregular wave conditions

Latching control is considered to be an effective way to improve the energy absorption of a wave energy converter (WEC). Recently, a latching control method was realized in a hydraulic power take-off (PTO) system and was demonstrated to be effective in one-body WECs. However, the effectiveness of latching control for two-body WECs still needs to be tested. In this paper, a feedback latching controller is proposed for a conceptual two-body WEC. In this conceptual design, a permanent-magnet linear generator (PMLG) is adopted as the PTO system, and a pure water hydraulic cylinder system is designed for performing the latching control. A feedback control strategy based on the measurement of latching force is established, formulated and tested numerically under realistic irregular wave conditions. The effects of the wave peak period and the PTO damping coefficient on the effectiveness of the latching control is also investigated. The results indicate that the proposed feedback latching control is effective for improving the annual power absorption of the two-body WEC. Furthermore, compared to another latching control, the proposed control is more practical because it does not require any knowledge of the wave conditions or the dynamics of the whole WEC system.     

平面波用椭球波函数的展开

在椭球坐标系中,根据椭球波函数的定义,将平面波用椭球波函数展开,通过矩阵方程,采用数值方法求解了长旋转椭球波函数的径向函数和角函数,从而球出平面波用椭球波函数是展开的展开系数。     

超声驻波悬浮能力特性

为了提高超声驻波悬浮能力和悬浮的稳定性,提出了辐射端和反射端均为凹球面形状的结构。通过ANSYS仿真分析超声驻波产生的过程,得到不同凹球面半径下驻波声场的声压分布和最大声压值,确定最优的凹球面半径值。用Matlab仿真的方法对驻波悬浮位置进行了预测。根据优化的结果,加工制作了超声驻波悬浮装置,并对物体进行了悬浮实验,悬浮位置与仿真分析得到的结果一致。该装置在辐射端与反射端间距为2个波长的情况下,同时在3个波节处悬浮了3个直径为3mm的钢球,驻波悬浮能力和悬浮的稳定性得到了较大幅度的提升。     

结构的行波控制

将结构的扰动视为行波的传播过程,通过主动控制波的传播路径,实现对结构扰动的控制。通过行波控制器的作用,扰动能量在上游被抑制或被吸收掉,使下游的能量达到最小。从理论上探讨了基于行波模型的结构梁响应控制方法,在梁及压电陶瓷作动器处采用行波理论模型,导出了上游测量、下游点施加控制的行波主动控制律及相应的具有超越函数形式的控制补偿器表达式。仿真结果表明行波控制能取得相当好的控制效果。     

衍射的平面波理论

本文介绍衍射的平面波理论,证明在菲涅耳和夫琅和费衍射条件下,由平面波理论和球面波理论得出的结果完全相同,并且以Talbot效应为例说明平面波理论对于某些衍射现象的解释和对傅里叶光学的理解是特别重要的。