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基于非对称吸声器的发动机声学超表面声衬

物理学报 2023年第5期72卷 183-192页

作者：白宇张振方杨海滨蔡力郁殿龙国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

为了解决发动机低频噪声问题,基于双端口非对称吸声器原理,设计了一种尺寸渐变的吸声超表面,用于发动机声衬降噪设计.首先,建立了非对称共振吸声器的理论分析模型和仿真分析模型,揭示了降噪机理,并分析了其降噪效果的影响因素.然后基于... 详细信息

为了解决发动机低频噪声问题,基于双端口非对称吸声器原理,设计了一种尺寸渐变的吸声超表面,用于发动机声衬降噪设计.首先,建立了非对称共振吸声器的理论分析模型和仿真分析模型,揭示了降噪机理,并分析了其降噪效果的影响因素.然后基于非对称共振吸声器设计了一种声学超表面声衬,用全模型理论计算、等效阻抗理论计算和COMSOL有限元仿真三种方法深入分析了声衬的降噪效果,并用全模型理论计算和等效阻抗理论计算方法考虑了流速对降噪效果的影响,然后对此结构进行了参数优化.研究结果表明,所设计的基于非对称吸声器的声学超表面声衬在厚度仅为2.5 cm(仅为252 Hz对应波长的1/54)的情况下,可实现252—692 Hz的频带范围内3 dB以上的降噪效果,为发动机降噪设计提供了一种新的设计思路.

关键词：非对称超表面发动机声衬流速

1/f噪声及其在二维材料石墨烯中的研究进展

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物理学报 2023年第1期72卷 268-283页

作者：刘瑛郭斯琳张勇杨鹏吕克洪邱静刘冠军国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

1/f噪声具有丰富的物理内涵,既是科学研究的量化工具,也是电子器件重要性能指标.本文从通用数学形式和物理背景两个方面归纳总结1/f噪声模型.首先介绍了基于马尔可夫过程和基于扩散过程的1/f噪声通用数学模型.在此基础上,溯源1/f噪声物... 详细信息

1/f噪声具有丰富的物理内涵,既是科学研究的量化工具,也是电子器件重要性能指标.本文从通用数学形式和物理背景两个方面归纳总结1/f噪声模型.首先介绍了基于马尔可夫过程和基于扩散过程的1/f噪声通用数学模型.在此基础上,溯源1/f噪声物理模型的发展历程,总结五类典型物理模型,包括Mc Whorter模型、Hooge模型、Voss-Clarker模型、Dutta-Horn模型、干涉模型以及Hung统一模型.二维材料石墨烯让1/f噪声研究重归学术热点,本文梳理了当前石墨烯1/f噪声研究中形成的共识性研究成果,提出石墨烯低频噪声研究的三层次分类分析模型,分析了不同层面噪声机理研究代表性成果,归纳总结了各层面可能的主导机制.通过比较不同团队报道的石墨烯1/f噪声栅极调控特征谱型及测试条件,分析了复杂多变栅控谱型形成原因.基于分析结论,为避免非本征噪声干扰,提出了石墨烯本征背景1/f噪声规范性测量方案,为厘清和揭示石墨烯1/f噪声机制及特性探索可行技术途径.

关键词： 1/f噪声噪声机理石墨烯特征谱型

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声子晶体中多频带谷选择性角态

中国科学:技术科学 2023年第8期53卷 1313-1322页

作者：郑周甫尹剑飞温激鸿郁殿龙陈循国防科技大学装备综合保障重点实验室长沙410073 国防科技大学智能科学学院长沙410073

声学拓扑绝缘体具有拓扑保护、背散射及缺陷免疫的非传统声学边界态,为实现声波按需精细调控提供了一种有效的方法,其中二维高阶拓扑绝缘体中共同存在零维角态和一维边界态,使其拥有在多个维度上操纵波能量的能力,进一步增强了波调控的... 详细信息

声学拓扑绝缘体具有拓扑保护、背散射及缺陷免疫的非传统声学边界态,为实现声波按需精细调控提供了一种有效的方法,其中二维高阶拓扑绝缘体中共同存在零维角态和一维边界态,使其拥有在多个维度上操纵波能量的能力,进一步增强了波调控的灵活度,引起广泛关注.本文提出了一种能够在多频带范围实现高阶拓扑态的C3对称性元胞结构,其通过旋转散射体角度激活不同谷选择性角态.这种具有开关特性的角态可以根据需求进行声波场能量局域化调控,在实际运用中具有重要意义.相对于传统的单频带高阶拓扑绝缘体,本文所设计的元胞结构能够在基频带隙和二阶高频带隙中同时实现边界态的波导调控和角态的选择性激发,并具有优秀的缺陷免疫鲁棒性.该高阶拓扑绝缘体的多频带特性将有利于拓展传统单频带器件的工作频率范围和带宽,同时角态的谷选择性激发特点可推动声学拓扑绝缘体在多波段声波能量捕获、检测和采集声学器件中的应用.

关键词：多频带角态谷选择性激发高阶拓扑绝缘体拓扑相变

双稳态结构中的1/2次谐波共振及其对隔振特性的影响

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物理学报 2020年第6期69卷 124-135页

作者：刘恩彩方鑫温激鸿郁殿龙国防科技大学装备综合保障技术重点实验室

以典型的双稳态系统——屈曲梁结构为例,基于等效模型,结合解析、数值和实验手段,研究了双稳态结构中的1/2次谐波共振特性、演化过程、参数调节规律及其对隔振特性的影响.研究发现,当非线性刚度系数或激励幅值增加到一定程度时,系统会... 详细信息

以典型的双稳态系统——屈曲梁结构为例,基于等效模型,结合解析、数值和实验手段,研究了双稳态结构中的1/2次谐波共振特性、演化过程、参数调节规律及其对隔振特性的影响.研究发现,当非线性刚度系数或激励幅值增加到一定程度时,系统会在一定带宽下产生显著的1/2次谐波共振;随着激励幅值增加,阻尼系统的1/2次谐波遵循“产生-增强-衰退-消失”的过程,该过程对峰值频率和峰值传递率有重要影响;适当提高非线性强度能有效改善双稳态结构隔振特性.针对双稳态屈曲梁结构开展的实验验证了1/2次谐波特性和隔振特性变化规律.

关键词：双稳态结构次谐波共振隔振屈曲梁

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基于变密度法的水声隔声超材料拓扑逆向设计

中国科学:技术科学 2023年第8期53卷 1360-1371页

作者：王洋赵宏刚杨海滨王超刘家玮郁殿龙温激鸿国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

低声阻抗超材料在水下环境中可以被视为声学软边界,并且在水声隔声方面具有重要应用前景.然而,设计出能够有效阻隔低频水声声波(<1000 Hz)的低声阻抗超材料仍然面临挑战.本文基于变密度法,对具有90°旋转对称性的低声阻抗超材料开展拓... 详细信息

低声阻抗超材料在水下环境中可以被视为声学软边界,并且在水声隔声方面具有重要应用前景.然而,设计出能够有效阻隔低频水声声波(<1000 Hz)的低声阻抗超材料仍然面临挑战.本文基于变密度法,对具有90°旋转对称性的低声阻抗超材料开展拓扑逆向设计,得到了一类具有中心四边形框架附着变截面韧带拓扑特征的声学超材料,其声阻抗只有水的1/40~1/30.有限元仿真揭示了超材料在薄厚度约束下(41 mm)能够在200~1000 Hz低频宽带范围内实现高效的水声隔声,平均隔声量大于19 dB.进一步等效参数分析发现,通过改变超材料方位角,能够产生纵波速度远小于横波速度的新颖物理现象.慢纵波速度使得超材料获得更低的等效声阻抗,从而进一步实现低频宽带水声隔声性能.本文的工作有望为低频宽带水声隔声超材料设计提供一种新的思路.

关键词：声学超材料低频水声隔声低声阻抗慢波速负泊松比

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形位误差对半球谐振子频率裂解的影响

中国科学:技术科学 2023年第8期53卷 1385-1399页

作者：刘俊峰刘科显赵羽乾李飞王林凤陈善勇国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073 国防科技大学智能科学学院长沙410073

半球谐振子是半球谐振陀螺(hemispherical resonant gyroscope,HRG)最重要的部件,其加工时引入的形位误差是造成其频率裂解并最终影响HRG精度的主要因素.本文通过优化网格划分方法建立理想半球谐振子有限元模型,大幅提升了仿真模型精度... 详细信息

半球谐振子是半球谐振陀螺(hemispherical resonant gyroscope,HRG)最重要的部件,其加工时引入的形位误差是造成其频率裂解并最终影响HRG精度的主要因素.本文通过优化网格划分方法建立理想半球谐振子有限元模型,大幅提升了仿真模型精度,分析了厚度误差、中径误差、端面误差、相对位置误差等各类形位误差对谐振子频率裂解的影响规律,利用滤波与同心处理从圆度测量数据中提取谐振子厚度差信息,同时采用白光干涉子孔拼接技术获取半球端面全口径面形,结合离子束加工技术验证了球壳厚度与端面面形度误差对半球谐振子频率裂解的影响,为进一步提高半球谐振子加工性能提供理论与技术支撑.

关键词： HRG 半球谐振子形位误差频率裂解子孔拼接

基于FSDP图像和DCNN的无人机起落架关键件结构损伤智能检测方法

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中国科学:技术科学 2023年第8期53卷 1372-1384页

作者：程哲杨翼胡茑庆国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

随着无人机的应用越来越广泛,与之相适应的保障手段也需与时俱进.在人工智能快速发展的情况下,故障诊断与人工智能方法相结合为无人机保障关键技术的跨越式发展提供了重要契机,也为无人机的使用安全性与运行可靠性水平的提升提供了重要... 详细信息

随着无人机的应用越来越广泛,与之相适应的保障手段也需与时俱进.在人工智能快速发展的情况下,故障诊断与人工智能方法相结合为无人机保障关键技术的跨越式发展提供了重要契机,也为无人机的使用安全性与运行可靠性水平的提升提供了重要机遇.本文以结构健康监测中的超声信号分析方法为基础,针对无人机起落架关键结构件的损伤检测问题开展研究,结合深度学习模型,对结构件的损伤进行智能化检测,提高检测效率和检测精度.针对结构健康监测中损伤信号的非线性特点,提出了频谱对称点阵图案(frequency symmetrized dot pattern,FSDP)特征提取方法.在此基础上,提出了基于FSDP特征与深度卷积神经网络的损伤智能检测方法.在起落架T型构件实验环境中开展了结构损伤模拟与检测实验,通过实验数据验证了所提出的智能检测方法的有效性.

关键词：无人机起落架损伤检测 FSDP图像深度卷积神经网络

基于非对称吸声器的发动机声学超表面声衬研究

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物理学报 2023年

作者：白宇张振方杨海滨蔡力郁殿龙国防科技大学装备综合保障技术重点实验室

为了解决发动机低频噪声问题，基于双端口非对称吸声器原理，设计了一种尺寸渐变的吸声超表面，用于发动机声衬降噪设计。首先，建立了非对称共振吸声器的理论分析模型和仿真分析模型，揭示了降噪机理，并分析了其降噪效果的影响因素。... 详细信息

为了解决发动机低频噪声问题，基于双端口非对称吸声器原理，设计了一种尺寸渐变的吸声超表面，用于发动机声衬降噪设计。首先，建立了非对称共振吸声器的理论分析模型和仿真分析模型，揭示了降噪机理，并分析了其降噪效果的影响因素。然后基于非对称共振吸声器设计了一种声学超表面声衬，用全模型理论计算、等效阻抗理论计算和COMSOL有限元仿真三种方法深入分析了声衬的降噪效果，并用全模型理论计算和等效阻抗理论计算方法考虑了流速对降噪效果的影响，然后对此结构进行了参数优化。研究结果表明，所设计的基于非对称吸声器的声学超表面声衬在厚度仅为2.5cm（仅为252Hz对应波长的1/54）的情况下，可实现252Hz-692Hz的频带范围内3dB以上的降噪效果，为发动机降噪设计提供了一种新的设计思路。

关键词：非对称超表面发动机声衬流速

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基于惯容的浮筏隔振系统人工自愈技术研究

机械工程学报 2023年第18期59卷 13-21页

作者：李月昊胡茑庆程哲尹正阳黄良远国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

传统浮筏隔振系统为双层“质量-弹簧-阻尼”机械系统。基于机电相似理论,质量与一端接地电容对应,而惯容是与电容完全对应的双端机械元件。将惯容引入浮筏隔振系统,使浮筏动力学模型中双层质量间可产生可变惯性耦合,从而极大影响系统固... 详细信息

传统浮筏隔振系统为双层“质量-弹簧-阻尼”机械系统。基于机电相似理论,质量与一端接地电容对应,而惯容是与电容完全对应的双端机械元件。将惯容引入浮筏隔振系统,使浮筏动力学模型中双层质量间可产生可变惯性耦合,从而极大影响系统固有频率与隔振性能。浮筏的退化或异动会改变系统固有频率和力传递率。惯容惯质系数的增加会使浮筏固有频率降低并影响力传递率。将人工自愈的思想引入浮筏隔振系统,根据系统固有频率的监测结果来调节惯容惯质系数,将系统固有频率自主调整恢复至合适固有频率,即为基于惯容的浮筏隔振系统人工自愈技术。为验证该技术原理,搭建浮筏隔振系统实验平台,进行简谐激励扫频试验。试验结果验证基于惯容的浮筏隔振系统人工自愈技术的可行性。

关键词：浮筏隔振惯容滚珠丝杠惯容人工自愈