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强超声脉冲激励下金属板超谐波和次谐波振动的有限元分析

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声学学报 2011年第2期36卷 102-112页

作者：陈赵江张淑仪南京大学声学研究所近代声学实验室南京210093

针对实验中观察到金属板在强超声脉冲作用下的超谐波和次谐波振动现象,采用显式有限元方法建立有限元模型,并对其进行瞬态动力学分析。在模型中压电结构的热弹性类比方法和界面接触-碰撞算法分别用来模拟换能器激励以及变幅杆与板之间... 详细信息

针对实验中观察到金属板在强超声脉冲作用下的超谐波和次谐波振动现象,采用显式有限元方法建立有限元模型,并对其进行瞬态动力学分析。在模型中压电结构的热弹性类比方法和界面接触-碰撞算法分别用来模拟换能器激励以及变幅杆与板之间的相互作用。通过分析计算得到板的振动速度的波形和频谱以及接触力的波形和频谱,可知在换能器工作条件下,变幅杆与金属板之间的接触力波形畸变是导致板超谐波振动的原因,而变幅杆与金属板之间的间歇性接触运动引起板的次谐波振动,有限元数值模拟与实验结果相符。

关键词：谐波振动金属板脉冲激励有限元分析超声有限元数值模拟瞬态动力学分析有限元模型

试样激励下轻敲模式原子力声显微镜的非线性动力学特性

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声学学报 2016年第5期41卷 555-567页

作者：陈赵江张淑仪浙江师范大学数理与信息工程学院金华321004 中国科学院声场声信息国家重点实验室北京100190 近代声学教育部重点实验室南京大学声学研究所南京210093

利用Euler-Bernoulli梁理论和DMT针尖-样品作用力模型建立了试样激励下轻敲模式原子力声显微镜(AFAM)系统的动力学方程,并应用非线性动力学分析方法对AFAM微悬臂梁的振动特性进行研究。通过合理改变超声激励幅值、超声激励频率和针尖-... 详细信息

利用Euler-Bernoulli梁理论和DMT针尖-样品作用力模型建立了试样激励下轻敲模式原子力声显微镜(AFAM)系统的动力学方程,并应用非线性动力学分析方法对AFAM微悬臂梁的振动特性进行研究。通过合理改变超声激励幅值、超声激励频率和针尖-样品初始间距等模型参数模拟得到微悬臂梁的超谐波、次谐波、准周期和混沌振动现象,采用时间序列、频谱、相空间、Poincare截面和Lyapunov指数等方法对不同非线性振动特性进行表征。通过分析不同模型参数条件下微悬臂梁针尖-样品作用力特性,探索了微悬臂梁不同非线性振动现象的产生机制。此外,研究了AFAM微悬臂梁运动的分岔特性,发现当超声激励幅值和针尖-样品初始间隙连续变化时,周期、准周期和混沌运动交替出现。研究结果对AFAM系统非线性动力学行为分析和混沌振动控制提供了理论参考。

关键词：非线性动力学特性超声激励声显微镜轻敲模式原子力试样 Lyapunov指数 Poincare截面

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基于粒子群优化的多层介质光热深度剖面重构

中国激光 2011年第12期38卷 169-176页

作者：陈赵江方健文刘世清浙江师范大学数理与信息工程学院浙江金华321004

基于热波阻抗法建立了多层介质的一维光热模型,从样品表面调制光热信号出发,采用粒子群优化(PSO)算法和总变差(TV)正则化方法对多层介质的热物性予以深度剖面重构。该方法将多层介质离散成一系列厚度相同的虚拟层,并将待重构的热物性深... 详细信息

基于热波阻抗法建立了多层介质的一维光热模型,从样品表面调制光热信号出发,采用粒子群优化(PSO)算法和总变差(TV)正则化方法对多层介质的热物性予以深度剖面重构。该方法将多层介质离散成一系列厚度相同的虚拟层,并将待重构的热物性深度剖面以粒子表示,再让粒子在解空间进行优化搜索。数值模拟的结果证明了该方法的有效性和实用性,适合用来重构层数未知的多层介质的热导率和热扩散率剖面。对噪声背景下光热信号的重构结果亦证实了算法的稳定性和可靠性。此外,数值结果也表明上述方法可用于热导率和热扩散率深度剖面的同步重构。

关键词：激光技术光热深度剖面重构粒子群优化总变差正则化多层介质

高功率超声脉冲激励下金属板的非线性振动现象研究

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物理学报 2010年第6期59卷 4071-4083页

作者：陈赵江张淑仪郑凯南京大学声学研究所近代声学教育部重点实验室南京210093

对高功率超声脉冲作用下金属板中的超谐波、次谐波、准次谐波以及混沌等非线性振动现象进行了实验和理论研究.在实验中,高功率超声换能器产生脉冲调制的高频振动激励金属板产生非线性振动,利用激光测振技术测量不同尺寸和不同固定方式... 详细信息

对高功率超声脉冲作用下金属板中的超谐波、次谐波、准次谐波以及混沌等非线性振动现象进行了实验和理论研究.在实验中,高功率超声换能器产生脉冲调制的高频振动激励金属板产生非线性振动,利用激光测振技术测量不同尺寸和不同固定方式下金属板复杂的非线性振动情况,并对其进行了时序分析、频谱分析以及相空间分析.根据实验条件,提出包含非线性接触阻尼的振动-碰撞动力学模型,用以研究强超声振动-碰撞作用下的板非线性振动机制,并进行了相应的理论计算.计算结果表明,超声换能器的变幅杆与金属板之间的间歇性高频碰撞作用是金属板强非线性振动的主要原因.数值计算结果与实验测量结果符合很好.

关键词：非线性板振动强超声脉冲激发振动-碰撞动力学

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径向复合圆柱压电超声换能器

声学学报 2013年第2期38卷 188-194页

作者：刘世清杨先莉张志良陈赵江浙江师范大学应用声学研究所浙江金华321004

提出一种三元径向复合圆柱压电超声换能器,并对其径向振动特性进行了研究。基于弹性力学理论及机电类比原理,导出了柱坐标系中分割处理径向极化压电陶瓷管准厚度模振动及薄壁短圆管径向振动的机电等效电路;利用径向力和振速连续的边界条... 详细信息

提出一种三元径向复合圆柱压电超声换能器,并对其径向振动特性进行了研究。基于弹性力学理论及机电类比原理,导出了柱坐标系中分割处理径向极化压电陶瓷管准厚度模振动及薄壁短圆管径向振动的机电等效电路;利用径向力和振速连续的边界条件,得出了径向复合圆柱压电换能器系统的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器径向共振频率及有效机电耦合系数随其几何尺寸的变化关系。研究表明,换能器的径向共振频率及有效机电耦合系数随其内芯半径和预应力管壁厚度增大而降低。研制了一些径向复合圆柱压电换能器,并对其径向共振频率进行了测试。结果表明,理论与实验结果基本一致。

关键词：压电超声换能器径向振动圆柱复合有效机电耦合系数共振频率方程机电等效电路压电换能器

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夹心式径向复合压电超声换能器

声学学报 2014年第1期39卷 104-110页

作者：刘世清许龙张志良陈赵江沈建国浙江师范大学应用声学研究所金华321004 中国计量学院物理系杭州310018 天津大学药物科学与技术学院天津300072

对夹心式径向复合压电换能器径向振动特性进行了研究。该换能器由弹性内芯、预应力金属管及柱面压电陶瓷晶堆径向复合而成.利用机电类比法,得到了换能器的径向振动等效电路及频率方程。探讨了换能器第1、2阶径向共振频率及有效机电耦合... 详细信息

对夹心式径向复合压电换能器径向振动特性进行了研究。该换能器由弹性内芯、预应力金属管及柱面压电陶瓷晶堆径向复合而成.利用机电类比法,得到了换能器的径向振动等效电路及频率方程。探讨了换能器第1、2阶径向共振频率及有效机电耦合系数与其几何尺寸的关系。研究表明,换能器第1阶径向共振频率随其内芯内径及预应力管壁厚度增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管壁厚度增大单调下降。此外,采用第2阶径向共振模式能获得较高的有效机电耦合系数,并且压电陶瓷处于位移节线时,换能器有效机电耦合系数达极大值。对换能器共振频率的测试与有限元仿真表明。理论与实验及仿真结果符合较好。

关键词：压电超声换能器径向振动夹心式有效机电耦合系数复合共振频率压电陶瓷管壁厚度

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MPR技术测量材料热物性的研究

MPR技术测量材料热物性的研究

作者：陈赵江浙江师范大学

学位级别：硕士

调制光热反射(MPR)技术是一种基于光热效应建立和发展起来的光热测量技术。由于其具有无损检测和高灵敏度的特点，已被广泛用于物理、材料工程等领域，并越来越受到人们的重视。作为一种处于发展中的测量方法，一方面MPR技术有待开发新... 详细信息

调制光热反射(MPR)技术是一种基于光热效应建立和发展起来的光热测量技术。由于其具有无损检测和高灵敏度的特点，已被广泛用于物理、材料工程等领域，并越来越受到人们的重视。作为一种处于发展中的测量方法，一方面MPR技术有待开发新的应用领域;另一方面，MPR技术本身仍需要不断完善和发展。本文主要研究了MPR技术在测量材料热物性方面的应用，并相应开展了如下一些工作： 1 对利用MPR技术测量块状材料的热物性进行了理论和实验研究。提出一种利用MPR频率扫描方法测量固体材料热扩散率的新思路，建立了相应的实验系统并进行验证。结果表明，该方法可有效避免泵浦和探测光斑半径的测量误差对热扩散率测量结果的不利影响。同时，我们利用MPR径向扫描法测量了块状样品的热扩散率，得到了较好的实验结果。 2 对利用MPR技术表征薄膜-衬底材料的热物性进行了研究。首先提出了利用MPR频率扫描测量薄膜热物性的新方法，即利用MPR频响信号同时确定薄膜热扩散率、衬底热扩散率和界面热阻这三个热学参数。数值模拟结果表明，与已有的径向扫描方法相比，频率扫描方法中的这三个参数之间并不存在高度的相关性，因此采用频响信号进行多参数拟合，可提高多参数拟合的收敛性和精确性。其次，对低扩散率薄膜的MPR径向扫描相位信号进行了分析，讨论了在同时拟合薄膜和衬底热学参数时的参数灵敏度和相关性问题，并引入遗传算法作为多参数拟合的工具。

关键词：调制光热反射热物性薄膜多参数拟合各向异性材料

同方学位论文库评论

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激光光热反射技术对薄膜热物性的表征

中国激光 2006年第3期33卷 385-390页

作者：陈赵江方健文王志海浙江师范大学数理学院浙江金华321004

在考虑探测光束光斑尺寸对调制光热反射(MPR)信号影响的基础上,建立了三维的薄膜-衬底体系的激光光热反射理论模型。对利用激光光热反射技术测量薄膜热物性的可行性进行了研究,并对影响调制光热反射信号的材料参数进行了分析。此外,通... 详细信息

在考虑探测光束光斑尺寸对调制光热反射(MPR)信号影响的基础上,建立了三维的薄膜-衬底体系的激光光热反射理论模型。对利用激光光热反射技术测量薄膜热物性的可行性进行了研究,并对影响调制光热反射信号的材料参数进行了分析。此外,通过数值模拟研究了多参数拟合问题,即利用调制光热反射频响信号同时确定薄膜热扩散率、衬底热扩散率和界面热阻这三个物理参数。结果表明,与已有的径向扫描方法相比,频率扫描方法中的这三个参数之间并不存在高度的相关性,因此采用频响信号进行多参数拟合,可提高多参数拟合的收敛性和精确性。

关键词：激光技术光热反射多参数拟合热扩散率界面热阻

Design and Optimization of Omnidirectional Band Gap for One-Dimensional Periodic and Quasiperiodic Phononic Heterostructures

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Chinese Physics Letters 2015年第1期32卷 87-90页

作者：陈赵江 Department of Physics Zhejiang Normal University State Key Laboratory of Acoustics Institute of AcousticsChinese Academy of Sciences

A new kind of one-dimensional multilayer phononie heterostructure is constructed to obtain a broad acoustic omnidirectional reflection （ODR） band. The heterostructure is formed by combining finite periodic phononic crystals （PnCs） and Fibonacci （or Thue-Morse） quasiperiodic PnCs. From the numerical results performed by the transfer matrix method, it is found that the ODR bands can be enlarged obviously by using the combination of periodic and quasi-periodic PnCs. Moreover, an application of particle swarm optimization in designing and optimizing acoustic ODR bands is reported. With regards to different thickness ratios and periodic numbers in the heterostructure, we give some optimization examples and finally achieve phononic heterostructure with a very broad ODR bandwidth. The result provides a new approach to achieve broad acoustic ODR bandwidth, and will be applied in design of omnidirectional acoustic mirrors.

关键词： ODR Design and Optimization of Omnidirectional Band Gap for One-Dimensional Periodic and Quasiperiodic Phononic Heterostructures