多阵元液体压力激波发生器设计与声场数值模拟

设计了一种多阵元液体压力激波发生器，它由多个压电陶瓷换能器组成，每个换能器经激励产生脉冲超声波，通过球形几何聚焦后。在聚焦区域形成高能、瞬时压力激波。文中用阻抗分析仪和高频扫描激光测振系统对单元换能器进行了基本性能的测试，在此基础上。对单元换能器的声场、激波发生器的声场进行了数值模拟，其结果与声场实测数据基本吻合。该激波发生器具有聚焦效果好、能量可控及结构简单等优点，可用于复合材料打孔及金属表面强化等场合。     

多层夹心式压电振动换能器机械模态参数计算

纵向多层夹心式压电振动换能器在超声振动的广泛应用中显示了不少优点,但其机械谐振频率计算公式还不一致,本文就此提供这种多层夹心式压电振动换能器在几种边界条件下机械模态参数的计算方法和一般公式,并进行讨论。     

纵振型超声振子的设计与有限元分析

利用压电陶瓷的逆压电效应,依据夹心式压电超声换能器的设计理论,设计了一款可用于旋转超声铣削加工的纵振型超声振子。采用PZFLex仿真软件对影响超声振子谐振频率的因素进行了仿真研究,结果表明:超声振子谐振频率随刀具有效长度和过渡圆柱长度的增加而减小,随预紧螺栓长度和后端盖孔深度的增加而增大。根据仿真结果加工了纵振型超声振子,并对振子进行阻抗分析,测得其谐振频率为17.41 kHz,实物测得的谐振频率与仿真模型中预测的误差为5.763 6%。最后,基于实物测得的谐振频率,在200 V电压激励下测得振子输出的纵向振幅为2.016μm,可以满足旋转超声铣削加工的要求,从而验证了模型的有效性,为超声振子的进一步优化设计提供依据。     

材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

实用换能器频谱及声场特性分析

本文从超声检测原理出发 ,针对超声检测中近场区内缺陷难以准确定量的问题 ,利用计算机数字信号处理技术 ,通过对不同换能器进行频谱分析 ,计算各换能器声轴线上声压分布曲线 ,并进行对比实验 ,探讨了超声检测中声轴线上声压分布的一般规律。为提高超声检测的可靠性 ,并最终解决上述问题提供了理论和实验依据     

实和换能器频谱及声场特性分析

本文从超声检测原理出发，针对超声检测中近场区内缺陷难以准确定量的问题，利用计算机数字信号处理技术，通过对不同换能器进行频谱分析，计算各换能器声轴线上声压分布曲线，并进行对比实验，探讨了超声检测中声轴线上声压分布的一般规律。为提高超声检测的可靠性，并最终解决上述问题提供了理论和实验依据。     

翼型曲面的压电振动除冰方法研究

以缩比后的翼型前缘曲面为研究对象,对压电振动除冰的方法进行了理论和实验研究。针对翼型曲面的特殊性,以有限元模型导出的翼型截面离散点为基础,设计了针对翼型曲面和不同压电元件尺寸下的压电元件可贴区域的求解算法,并通过五点共圆法和四点共圆法的理论思想得出翼型曲面各点切法向矢量的求解算法。针对翼型曲面研究了压电元件的布局规律。结果表明,翼型曲面结构下,压电元件的激励效果随着间距的增大而减弱,压电元件布置在振型波峰位置附近有最佳的激励效果。在粘贴接触面积一定的前提下,激励效果随着相对贴片数量的增加而减弱,而压电元件的贴片集中度越高,激励效果越好。实验得到了较好的除冰效果,验证了布局方式的可行性,同时除冰功率最大为69.77W·m-2,低于电热除冰系统所需功耗。     

板料渐进成形超磁致伸缩超声换能器设计及磁场均匀度研究（英文）

设计了一种超磁致伸缩超声换能器,用有限元分析软件对理论设计的超声振动系统进行动力学分析,并对换能器进行了实验测试,验证了理论设计和仿真分析的正确性。为了研究导磁材料厚度对超磁致伸缩材料内磁场均匀度的影响规律,在超磁致伸缩棒与永磁体之间设置导磁材料,对换能器进行了磁场仿真分析。在对换能器进行阻抗分析和振幅测量基础上,对有无导磁材料时换能器的性能进行对比。实验结果表明:在超磁致伸缩材料与永磁体之间设置1.6 mm左右厚的导磁材料时,超磁致伸缩棒内的磁场均匀度最高;添加导磁材料后,超磁致伸缩换能器的输出振幅增大,机械品质因数减小,阻抗减小,使换能器工作更加稳定。     

用阻抗均匀过渡法研制高分辨力换能器

分辨力是超声探伤用换能器的关键指标，本文从理论和实验两方面探讨了如何利用机械阻抗均匀过渡法提高换能器分辨力的有关问题。     

压电陶瓷管在口罩焊接中作为超声换能器的振动频率分析（英文）

Covid-19爆发后,口罩作为重要个人防护装备,其需求呈爆炸式增长,挑战相关制造业的技术和产能。生产口罩焊接过程中对压电陶瓷换能器的需求亦大幅增加。为保证陶瓷换能器能满足快速生产所需要的技术要求,本文采用瑞利-里茨方法对压电陶瓷进行振动分析,得到最简单的解,并通过选择不同的材料,分析对比它们达到所需频率和能量标准的重要参数。所提出的方法和最终获得的数据结果可供工程师快速开发压电陶瓷传感器,从而在口罩焊接或其他类似材料的焊接中达到标准要求。     

混凝土检测中基于数字滤波的传感器补偿方法

在超声探测中,为了获得信号最大响应幅度,通常都选用传感器的谐振频率作为探测频率.然而,这样会给探测信号带来较严重的振铃效应,影响反射信号的识别与提取,从而降低探测分辨力.本文提出了一种基于数字滤波方法,有效地对不理想的超声传感器频响特征进行了补偿.首先基于系统辨识算法建立了发射和接收传感器的离散传递函数模型,然后通过一个数字补偿滤波器建立补偿模型,用于抑制传感器的振铃效应.对这种方法的实际效果进行了实验验证,通过水浸测试获得传感器的标定数据,并基于这些数据建立补偿模型.实验结果表明混凝土底面反射信号能够从原混叠信号中被清晰地识别.     

评定复合材料的超声换能器的研制

由于复合材料结构的特殊性，对检测用的超声换能器提出了较高要求。论文系统分析了换能器的振动等效电路和振动方程，详细讨论了影响换能器性能的主要因素，成功研制出了符合使用要求的换能器。     

小波分析和人工神经网络在金属超声无损检测缺陷分类中的应用

基于金属超声检测中的缺陷脉冲回波为非稳态信号的特点，对高温合金材料超声检测信号的小波变换进行了特征分析，提取了各级小波分解信号的能量分布特征，最后将这些特征输入人工神经网络进行训练和分类，实验表明，这种方法具有良好效果。     

Damage Detection and Material Property Reconstruction of Composite Laminates Using Laser Ultrasonic Technique

Laser ultrasonic technique has received increasing attentions in the past decade due to its contactless nature and a wide range of applications have been reported. In this review,applications of laser ultrasonic technique developed at Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(NUAA)as well as elsewhere for non-destructive testing in composite laminates are presented. The principles of generating and detecting in a laser ultrasonic system are introduced,three different system configurations are also introduced with each configuration's advantages and disadvantages explained. More importantly,two major applications developed at NUAA for composite laminates are presented including damage detection,stiffness reconstruction and fatigue life prediction. Both applications are realized by a fixed-point PZT sensor and scanning pulse laser based on the linear reciprocal theorem. Analytical method and numerical models are employed and developed to realize the functionalities.     

等离子体增强射流掺混的激励参数影响研究

为提高火箭发动机推进剂掺混效率，探究等离子体对单股矩形射流掺混特性的影响，设计了等离子体射流发生与控制系统。使用粒子图像测速技术测量了表面介质阻挡放电等离子体激励器对单股空气射流掺混特性的影响。相比无激励工况，激励电压为5、6和7kV时，射流宽度随电压升高而变大，射流中心线速度衰减率最大提高20%左右；脉冲频率增加，射流宽度增大程度增加，衰减明显，掺混特性增强；激励电压和脉冲频率固定时，改变占空比，在50%~70%的区间内射流速度衰减最强，射流宽度最大。     

液滴碰撞超声振动曲面的实验研究

通过实验研究了超声振动曲面上液滴碰撞的动力学行为。对边缘飞溅、表面飞溅以及毛细波、空化和子液滴回弹等复杂物理现象的产生机理和条件进行了分析，得到了超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界曲线，并发现由于气动力的作用，超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界超声振幅要小于平面情况。利用图像处理技术得到了不同条件下超声振动曲面对碰撞液滴的驱离效率以及飞溅液滴的尺寸分布。实验结果表明:碰撞液滴的驱离效率随振动曲面超声振幅的增大而增大，且呈线性增长；在高速碰撞中，碰撞速度几乎不影响超声振动曲面的液滴驱离效率；随着超声振幅的增加，飞溅液滴的平均尺寸增加。通过常温液滴与过冷液滴的碰撞实验对比，发现温度对超声振动曲面上液滴的动态碰撞过程影响较小。在过冷条件下，液滴驱离效率会略低于常温条件下，但仍能够持续有效地将液滴驱离表面，从而抑制冰层的增厚，说明超声振动曲面具有防水防冰的应用潜能。     

大曲率复合材料结构的缺陷特征与超声检测

采用超声回波法对大曲率碳纤维增强树脂基复合材料零件进行超声A 扫描，并对缺陷进行定位。结合缺陷区域和非缺陷区域的细观形貌金相图、宏观表面状态以及厚度测量结果的对比分析，讨论了缺陷形态与其回波波形特征的对应关系，以及缺陷可能的形成原因。结果表明，缺陷在细观尺度上呈现多处分层、气孔和孔隙密集缺陷，在宏观尺度上表现为零件表面贫胶与厚度增厚。缺陷的性质与超声A扫描的检测结果相吻合，缺陷的位置集中在零件大曲率部位，其形成原因与复合材料制造工艺密切相关。     

圆形活塞声源声场的分析,计算与测试

幅射瞬态脉冲波的圆形活塞声源在超声检测中得到广泛应用。本文研究了圆形活塞声源幅射瞬态脉冲波时其声场的数值计算方法，设计了相应的计算软件并绘制出实用脉冲波源声轴线上的声压分布曲线。比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。对脉冲波源声场的测试结果表明，理论计算和实测结果有较好的一致性．从而证实了计算方法的科学性。本研究结果为提高超声测控的准确性提供了依据。