检索结果-内蒙古大学图书馆

声学学报 2023年第6期48卷 1111-1118页

作者：喻敏闫婧洁王志鸿王献忠武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430074

基于射线声学理论研究了水下稳态涡流场的声传播特性。首先,根据移动介质中的程函方程,推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟,获取了通过不同涡流场的声信号;然后,基于稳态涡流场的声传播特性,构... 详细信息

基于射线声学理论研究了水下稳态涡流场的声传播特性。首先,根据移动介质中的程函方程,推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟,获取了通过不同涡流场的声信号;然后,基于稳态涡流场的声传播特性,构建了接收声信号相位与涡流场特征参数之间的映射关系,通过数值仿真反演稳态涡流场特征参数,仿真结果与理论值的相对误差在15%以内。仿真结果表明:基于射线理论可以有效模拟声信号通过涡流场的声线轨迹及信号变化,具有直观、计算效率高的优势;随着涡环量增大,涡流对声传播的影响更为明显;利用声信号相位可实现对速度分布、涡核位置、涡环量等涡流场特征参数的估计。

关键词：声传播特性射线声学稳态涡流场涡环量

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基于标准声源的有限水域试验场声传播特性试验研究

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振动与冲击 2017年第19期36卷 206-212,231页

作者：仪修阳周其斗谢志勇海军工程大学舰船工程系武汉430033

舰艇噪声控制实验中,为保证模型和实艇的声学相似性,增大模型比例是关键,实际上,大比例舰艇模型的声学实验很难在消声水池中进行,因此,天然有限水域试验场成为首选。在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数... 详细信息

舰艇噪声控制实验中,为保证模型和实艇的声学相似性,增大模型比例是关键,实际上,大比例舰艇模型的声学实验很难在消声水池中进行,因此,天然有限水域试验场成为首选。在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理至关重要。天然有限水域边界条件未知,水文环境及声传播特性复杂,仿真难度高,增加了水声信号的处理难度。基于标准声源试验研究某有限水域试验场的声传播特性,实质上是把水下辐射声压级测量值归一到距标准声源单位距离处的声压级,采用AcTUP软件对试验场的沉积层声学特性和水位选取原则进行探究,并基于射线声学理论对声压级试验值和理论值的偏差进行非相干分析,从而得到试验场基本声学参数对声传播特性的影响规律。

关键词：有限水域标准声源水声信号处理射线声学理论非相干性分析声传播特性

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深海大深度声传播特性及直达声区水下声源距离估计

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声学学报 2019年第5期44卷 905-912页

作者：王梦圆李整林吴双林秦继兴余炎欣中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

深海大深度声传播特性对在深海近海底进行水声目标探测和定位具有重要意义。利用一次南海中南部深海不完全声道中的脉冲声传播实验数据,分析了海底附近大深度声传播损失及脉冲多途传播特性,并根据直达波和海底-海面反射波的时延差与收... 详细信息

深海大深度声传播特性对在深海近海底进行水声目标探测和定位具有重要意义。利用一次南海中南部深海不完全声道中的脉冲声传播实验数据,分析了海底附近大深度声传播损失及脉冲多途传播特性,并根据直达波和海底-海面反射波的时延差与收发距离的关系,提出一种利用深海直达声区脉冲多途到达时间进行水下声源距离估计的方法。结果表明:当接收器深度位于南海深海海底附近而声源深度较浅时,直达声区水平宽度可达30 km,传播损失相对影区来说较小,有利于水下声源探测;直达声区的直达波与海底-海面反射波的到达时延差随着收发距离的增大单调减小,可被用于水下声源距离估计。得到水下声源的距离估计结果与实验GPS测量结果较为一致,距离估计均方误差为0.28 km。

关键词：直达声直达波水平距离水下声源时延差海面反射波声传播损失声传播特性

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电站锅炉管阵列内声传播特性及时延值测量

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动力工程学报 2017年第1期37卷 13-20页

作者：安连锁冯强沈国清姜根山张世平王鹏张海宇华北电力大学能源动力与机械工程学院电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206 中国城市建设研究院有限公司北京100120

对电站锅炉管阵列内声传播特性及时延值进行研究,利用Fluent软件对非均匀温度场与均匀温度场、不同管排数及不同布置方式的管阵列内声传播特性进行对比,并搭建管阵列实验台,引入快速集合经验模态分解(EEMD)算法对管阵列内时延值进行测量... 详细信息

对电站锅炉管阵列内声传播特性及时延值进行研究,利用Fluent软件对非均匀温度场与均匀温度场、不同管排数及不同布置方式的管阵列内声传播特性进行对比,并搭建管阵列实验台,引入快速集合经验模态分解(EEMD)算法对管阵列内时延值进行测量.结果表明:管阵列内声传播存在声阻带,且在非均匀温度场集合经验模态分解下声阻带向低频段移动,管排数越多,声阻带效应越明显,管道间节距对错列与顺列布置方式下的声阻带有一定影响;基于快速EEMD处理,选用低频段声信号能够获得有效时延值.

关键词：电站锅炉管阵列声传播特性时延值快速集合经验模态分解

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周期性压电复合结构中声传播特性研究

周期性压电复合结构中声传播特性研究

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作者：邹欣晔南京大学

学位级别：博士

声子晶体是20世纪90年代提出的一种新概念、新声学功能材料,受到各国科研机构和学者的广泛关注。声子晶体作为一种周期性的弹性结构具有许多重要的性质,如:表面态、缺陷态、Anderson局域化现象和弹性波范围内出现的声禁带现象等都具有... 详细信息

声子晶体是20世纪90年代提出的一种新概念、新声学功能材料,受到各国科研机构和学者的广泛关注。声子晶体作为一种周期性的弹性结构具有许多重要的性质,如:表面态、缺陷态、Anderson局域化现象和弹性波范围内出现的声禁带现象等都具有很高的理论和应用价值。基于声子晶体结构的新型隔声材料、新型兰姆波传感器、高性能的声学滤波器和换能器等已成为了研发热点。声波在声子晶体中的传播研究主要集中在对体波、表面波和兰姆波的传播和声禁带的研究。压电材料作为一种历史较为悠久的功能性材料已得到了广泛的应用,其中不乏与声学有关的实用器件,如:压电声表面波器件、压电水声器件、压电电声器件和压电超声器件等。近年来,对压电材料力学行为的研究也日益增多,其中压电陶瓷以其优良的声电耦合性能而受到越来越多的关注。\n 由于声子晶体的结构特点和压电材料的性能优势,将压电陶瓷引入声子晶体的结构中,就形成了新的压电复合结构。本文对周期性压电复合结构中的声传播行为和声禁带进行了系统而深入的理论研究。\n 第一章绪论部分回顾了现在关于声子晶体和压电材料的理论与实验两方面的研究背景,介绍了压电复合结构中声传播的研究内容和进展,并概述了本文研究工作的主要内容。\n 第二章简述了声子晶体基本理论中与本文研究内容密切相关的晶体学基础理论和能带理论。\n 第三章介绍了声电耦合的基本方程,给出了绝热压电方程和各向异性压电介质中的声平面波。\n 第四章详细计算了在压电陶瓷不同极化方向和声子排列结构下体波的带结构以及第一声禁带的宽度和起始频率。研究了填充率、晶格常数、填充物截面长宽比等对体波声禁带的影响,并且对比了极化前后的声禁带,发现压电材料的引入拓宽了体波声禁带。另外还对比了不同类型压电陶瓷对体波禁带的影响。\n 第五章推导了一维、二维周期性压电复合板中兰姆波传播的计算公式,详细计算了不同极化方向和电边界条件下兰姆波的带结构以及第一声禁带的宽度和起始频率。研究了压电复合板厚度、压电陶瓷的极化方向、填充率、晶格常数等不同参数对第一声禁带的调控作用。对比了极化前后板中的声禁带,发现压电材料的引入也拓宽了板中的声禁带。\n 第六章为解决兰姆波在带衬底压电复合板中传播的计算问题,首创了虚平面波展开法。详细计算了不同电边界条件下,一维带衬底压电复合板中兰姆波带结构和第一声禁带。着重研究了复合层厚度和衬底厚度对第一声禁带的影响,发现随衬底厚度的增加,声禁带宽度逐渐减小。\n 第七章给出了本文的主要结论和对今后工作的展望。\n 本文工作的主要创新点在于:\n 1、将压电材料引入声子晶体的研究中,率先系统地分析了压电复合结构中体波和兰姆波在不同极化方向和电边界条件下的声传播特性。引入了第一禁带的概念,并将其作为本文主要的研究方向。对影响第一声禁带的宽度和起始频率的参量进行了系统地总结和分析,给出了直观的三维变化关系图。\n 2、首创了虚平面波展开法,解决了运用传统的平面波展开法无法计算带衬底压电复合结构中声传播的问题。运用此方法研究了声子晶体层厚度和衬底厚度对第一声禁带的影响,并对比了开路和短路时声禁带的差异。另给出了禁带宽度和起始频率随这些参量变化的三维变化关系图,能直观反映相互关系,这对实际工程应用有直接的指导意义。\n 3、计算了不同压电陶瓷材料对应的声禁带,分析了压电常数对声禁带的影响,为实际中选取和制备所需的压电材料以得到合适的声禁带提供了较好的理论指导。另计算并分析了不同衬底材料对声子晶体层内声禁带的影响。

关键词：周期性压电复合结构声传播特性声子晶体声电耦合性能压电陶瓷

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有限水域试验场声传播特性的仿真计算与试验

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中国舰船研究 2016年第6期11卷 28-34,39页

作者：仪修阳周其斗吴祥兴海军工程大学舰船工程系湖北武汉430033 杭州应用声学研究所浙江杭州310023

在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理是关键。天然水域边界条件未知,水文环境复杂,仿真难度高,增加了数据处理难度。采用Matlab和VB混合编程软件AcTUP,分析试验场"沉积层和水位"的选取原... 详细信息

在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理是关键。天然水域边界条件未知,水文环境复杂,仿真难度高,增加了数据处理难度。采用Matlab和VB混合编程软件AcTUP,分析试验场"沉积层和水位"的选取原则,得到与试验值较为吻合的仿真模型。通过仿真计算,得到固定深度声源的"无因次量纲"参数、固定水深的声源位置及水面粗糙度对试验场声传播损失的影响规律,并基于射线声学理论对试验值和仿真值的偏差进行非相干分析,得到了有限水域试验场的基本声传播特性。

关键词：有限水域声学试验场声传播特性边界条件 AcTUP 射线声学理论偏差

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非厄密声栅的声传播特性研究

非厄密声栅的声传播特性研究

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作者：杨玉真中国科学院大学

学位级别：博士

在过去的二十年中，人们利用人工结构实现了近零、各向异性等奇异的声学参数，为操纵声音的传播提供了新的材料基础和设计思路。在结构和器件的设计中，需要考虑的材料参数包括介质实部折射率和声阻抗。前人的工作主要是通过调节材料的... 详细信息

在过去的二十年中，人们利用人工结构实现了近零、各向异性等奇异的声学参数，为操纵声音的传播提供了新的材料基础和设计思路。在结构和器件的设计中，需要考虑的材料参数包括介质实部折射率和声阻抗。前人的工作主要是通过调节材料的实部折射率来引导和操控声音的传播，通常忽略了介质的虚部折射率，也就是材料的增益和损耗系数，并且介质中的损耗常被视为结构设计中的不利因素。最近非厄密物理学领域，尤其是针对PT对称(parity-time-symmetric)体系的研究，发展十分迅速，这引导人们开始思考声学材料中的损耗在声学人工结构设计中的独特价值。\n 本论文基于声学人工结构的设计理念，致力于探索非厄密声学材料中新奇的物理效应和实验现象。论文的主要研究内容包括以下几个方面:\n 1.发展了声学衍射栅的严格耦合波分析方法，并推广到多层声栅的衍射求解。该方法将声压展开成多阶声波叠加的形式直接求解特征方程，并结合边界条件得到各阶衍射波的衍射效率。理论上通过选取合适的谐波阶数，该方法适用于所有平板式声栅的衍射求解。相较于双波耦合方程，严格耦合波分析可以求解调节强度大以及存在多阶衍射束的衍射情况;且相较于有限元的仿真计算，严格耦合波分析基于矩阵的直接求解，更加快速有效。\n 2.采用严格耦合波分析计算了PT对称声学衍射栅的非对称衍射现象，围绕正一阶衍射束抑制点的实虚部调制幅度比的影响因素进行了研究。文中详细讨论了调节模量和调节密度两种实现方式、双衍射束和多阶衍射束的情况、不同实部折射率调制强度对正一阶衍射束抑制点的影响，进一步发现PT对称衍射栅的正一阶衍射束抑制点不需要满足实虚部调制幅度完全相等的条件。\n 3.利用侧腔和小孔结构同时调节结构的实部和虚部折射率，在二维波导中构建了弱耦合的被动PT对称声学衍射栅，首次实验测量了PT对称声学衍射栅的非对称衍射现象。在设计过程中改变了现有被动PT对称介质的调制周期，避免了其他衍射束的干扰并获得更强的衍射效果。采用的侧腔和小孔结构对实部和虚部折射率的调节是相互独立的，又便于组合、制作简单，为非厄密声学人工结构提供了可参考的设计思路。\n 4.利用内插柱子结构，通过调节等效质量密度实现实部折射率的调制，并结合小孔结构构建了耦合较强的非厄密声学衍射栅。通过调节声栅内损耗系数的大小，在非对称衍射的基础上分别实现了正负一阶衍射束的抑制和增强。实验结果表明通过合理利用介质中的损耗反而有助于声传播的调控，为人工声学结构和器件的设计提供了新途径。

关键词：非厄密声栅声传播特性虚部折射率非对称衍射现象

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沉积层面貌和温度主导的声速变化对有限水域试验场声传播特性影响的仿真研究

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中国舰船研究 2017年第6期12卷 54-65页

作者：仪修阳周其斗吕晓军海军工程大学舰船工程系湖北武汉430033

[目的]为丰富有限水域试验场声传播特性的系列研究,开展沉积层面貌和温度主导的声速变化对试验近场、远场传播损失的影响特性分析。[方法]采用Matlab和VB共同编程软件Ac TUP,基于FFP的数值计算方法,仿真计算不同沉积层凹陷形状、凹陷大... 详细信息

[目的]为丰富有限水域试验场声传播特性的系列研究,开展沉积层面貌和温度主导的声速变化对试验近场、远场传播损失的影响特性分析。[方法]采用Matlab和VB共同编程软件Ac TUP,基于FFP的数值计算方法,仿真计算不同沉积层凹陷形状、凹陷大小、凹陷数量、凹陷分布、斜坡类型、斜坡角度和温度主导声速变化的传播损失曲线。[结果]结果表明:沉积层面貌对试验场声传播特性影响较小,排除了天然有限水域沉积层凹陷未知的面貌对大型复杂船舶与海洋结构物声学试验的影响;温度主导的声速变化对试验场近场的声传播特性影响较小,对远场的传播损失较大,总体上,远场传播损失是随声速的增加而增大。[结论]该研究结果可为在有限水域试验场中进行声学试验提供参考。

关键词：沉积层面貌温度声速变化有限水域试验场声传播特性

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声阻抗梯度变化材料中声传播特性研究

声阻抗梯度变化材料中声传播特性研究

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作者：孙玉哈尔滨工程大学

学位级别：博士

作为一种典型的非均匀介质材料,梯度渐变特性声学介质越来越受到人们的关注。梯度渐变特性声学介质主要是通过特殊的材料制备技术,使其内部组成、物理性质或结构呈连续梯度变化,从而使介质的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新... 详细信息

作为一种典型的非均匀介质材料,梯度渐变特性声学介质越来越受到人们的关注。梯度渐变特性声学介质主要是通过特殊的材料制备技术,使其内部组成、物理性质或结构呈连续梯度变化,从而使介质的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。为了挖掘梯度渐变特性声学介质在减振降噪、水声探测、声学材料设计等方面的潜力,有必要对其进行深入研究,弄清声波在其中的传播规律及其声场特性,加深对介质物理性质的了解,发现一些新现象和新规律,最终基于这些规律积极开展减振降噪方面的原理性探索研究。本文基于分层介质理论,提出了声阻抗梯度变化介质、周期性复合介质和声波非对称性传播介质模型,对其声学特性进行了详细研究,并通过制备相关介质试样进行了实验研究。首先,对多层复合介质的声场特性进行了研究。主要基于分层介质理论,采用传递矩阵法探讨多层复合介质中的声传播问题。并在此基础上主要讨论平面波斜入时单层和多层固体介质的声学特性,重点研究每层介质阻抗不等且满足一定分布规律时介质声学特性的变化,建立起介质阻抗变化与其声学性能之间的基本关系。其次,在对多层复合介质研究的基础上,对阻抗梯度变化介质及周期性介质中的声场特性进行了研究。设计了阻抗连续梯度变化的不均匀介质,建立介质中的声传播模型,在满足介质阻抗连续变化的基础上,推导了介质的阻抗变化率与声学参量之间的关系,进而对阻抗服从任意分布时阻抗梯度变化介质中声传播特性进行了研究,并对介质模型的可行性进行了仿真验证。对周期性介质声学性能的研究主要依赖于对其带隙特性的理论计算,并采用仿真计算验证算法的有效性,进一步通过改变介质的几何参数和材料参数来研究参数变化对周期性介质带隙特性的影响规律。基于以上研究内容,在周期性介质中引入阻抗梯度变化介质,提出基于阻抗梯度变化介质构建的周期性复合介质,并对其带隙特性进行了研究。又针对现有的声波单向导通结构中存在的问题,提出了利用阻抗梯度变化介质来实现声波的非对称性传播,深入研究声波非对称性传播效应的形成机理,并通过计算声整流比参数对声波非对称传播效应进行了有效评价。最后,为验证本文理论与仿真研究内容的正确性开展了相应的实验研究。设计制作了阻抗梯度变化介质、周期性复合介质及声波非对称性传播结构试样,针对多种介质试样进行了水中声学特性测量研究,并对实验数据进行处理分析,获得的实验结果与理论计算结果具有较好的一致性,为声阻抗梯度变化材料在工程中的实际应用提供了理论与实验研究基础。

关键词：声阻抗梯度变化率声传播特性声波非对称传播脉冲声管测量法

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深海大深度声传播特性及直达声区水下声源定位方法研究

深海大深度声传播特性及直达声区水下声源定位方法研究

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作者：王梦圆中国科学院大学

学位级别：博士

深海大深度声传播特性对深海声源定位和水声通信等应用具有重要意义。近几年，在国家“全球变化与海气相互作用专项”支持下，国内声纳工作者在深海声传播规律及深海定位方面取得了一些重要进展。本文系统研究了深海大深度条件下的声传... 详细信息

深海大深度声传播特性对深海声源定位和水声通信等应用具有重要意义。近几年，在国家“全球变化与海气相互作用专项”支持下，国内声纳工作者在深海声传播规律及深海定位方面取得了一些重要进展。本文系统研究了深海大深度条件下的声传播特性、直达声区脉冲多途到达结构和声场水平纵向相关特性，同时结合深海大深度海上实验数据，提出了利用单水听器接收信号估计水下声源距离以及利用双水听器对水下声源距离深度进行联合估计的方法。本文主要研究内容及创新点包括以下3个方面:　　1.通过实验数据分析了南海不完全深海声道下的大深度声传播特性与多途到达结构，为深海直达声区目标探测方法奠定理论基础。2016年冬季，在南海深海环境下，利用自容式水声信号记录器与拖曳声源配合，首次获得了南海近海底大深度声传播信号，并获得详细的同步海洋环境参数。基于此次实验，对深海大深度声传播损失与脉冲声到达结构进行了系统的理论与实验研究，结果表明:深海直达声区的宽度随接收深度的增大而增大，且相比于影区，直达声区内声场的传播损失较小，有利于对水下目标进行探测。研究了深海多途到达结构及时延随声源距离的变化规律，结果表明在深海直达声区直达波与海底-海面反射波的时延差随水平距离的增大而减小。并通过射线模型揭示了脉冲到达结构与声源目标的线性变化关系与物理机理，这种线性变化关系可用于水下声源距离估计。　　2.分析了深海大深度声场水平纵向相关特性随声源深度和距离的变化规律，理论揭示了物理机理，为深海大孔径阵列设计奠定了基础。利用拖曳发射换能器在不同距离上发射的声传播实验数据，分析了深海大深度声场的水平纵向相关特性，结果表明:在深海直达声区，大深度声场水平纵向相关性的大小存在明显的周期性振荡结构，其声场水平相关半径与声场能量孔径分布不同。理论推导了深海直达声区声场水平纵向相关性的表达式，并通过声场模型计算分析了声源深度、频率及接收深度发生变化对直达声区声场水平纵向相关性的影响，该结果可为设计深海海底水平阵设计提供参考，并为深海水面与水下目标定位提供基础。　　3.提出了深海直达声区水下声源距离和深度联合估计方法。利用布放于深海大深度的单水听器接收的信号，对其进行自相关处理获得直达声与海面反射声信号的时延差，可实现水下声源深度的有效估计。利用大深度声传播实验数据提取直达波与海底-海面反射波的多途到达时延差，将提取的时延差与射线模型计算的时延差相匹配，可估计直达声区内水下声源的距离。此外，通过联合基于单水听器自相关函数实现声源深度估计方法与基于垂直双水听器互相关信息提取水下声源距离参数进行联合，实现对深海水下目标的距离与深度联合估计，并分析了估计误差，研究结果对深海水下目标定位具有一定意义。

关键词：水听器水下声源定位声传播特性直达声区

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