声散射

摘要： 边界元法是解决声散射相关问题的一种重要方法,其缺点在于计算过程中存在特征频率数值非唯一性。针对上述问题,文中将声学边界理论与CHIEF方法结合,通过SYSNOISE软件分别对刚性球体和正方体两种常见数值模型的声散射数据进行计算分析,探究声波入射刚性球体、正方体时声场分布规律。研究结果表明,声波入射的球体反方向散射声场较弱,自由场为主导,声波绕过球体。伴随频率的增加,背部散射波逐渐增强,与入射声波发生干扰,且振动相位相反,导致球背面形成明显的声场阴影区。该分析验证了适当选取CHIEF点可以有效地解决声学边界元数值非唯一性问题,降低边界元计算的复杂性,提高计算精度和效率,为准确计算声散射相关问题提供了理论支撑,在大型复杂结构如航空器、船舶等声散射预测领域得到有效应用。

摘要： 对于敷设均匀粘弹性覆盖层双层壳体的低频声散射数值仿真,有限元方程中壳体有限单元不再适用。为此,文章对于目标壳体的振动,通过在壳体表面进行三角形网格划分,然后沿壳体法线方向映射,从而建立表征壳体振动的扁平化三棱柱有限单元。通过对双层球壳敷设覆盖层后的目标强度仿真计算,验证了该方法的有效性。文中还对双层球冠柱壳结构敷设覆盖层前后的散射特性进行了仿真计算,结果表明不同的敷设方式会产生不同的消声效果,其中内外壳均敷设时可以在更宽的频带内达到较好的消声效果。

摘要： 综合考虑海战场对抗环境,计算了水下球形壳体目标的声散射特性和在壳体外敷设黏弹性材料阻尼层后的声散射特性.利用被敌发现概率评估水下航行器的隐身性能,给出了一种基于舰艇声呐探测的水下航行器水声对抗特性评价方法.结果表明:敷设黏弹性阻尼层后目标强度在大半部分分析频段上均有降低,特别是低频段的水下目标声对抗特性有了较大的提高.敷设黏弹性阻尼层可以降低水下目标声散射强度,改善水下目标的声隐身性能.

摘要： 水下角反射器具有较强的远场声散射特性,由于存在生产装配误差,标准正交金属角反射器无法满足各板面绝对垂直,因此生产误差是对角反射器声散射特性产生影响的重要因素。文中研究非正交角反射器的声散射特性,利用夹逼定理思想改变标准角反射器平板之间的夹角为90°、85°和80°,并进行定性分析;采用结构建模软件ANSYS依次对非正交二面角、三面角反射器进行模型构建及网格划分;再利用声学仿真软件SYSNOISE根据结构有限元+流体边界元的方法对其远场声散射特性进行仿真,并与标准正交角反射器在相同的载荷条件与声场条件下的声散射特性进行对比,得到声波不同入射角度下的目标声散射强度以及目标强度随入射声波频率的变化规律。仿真结果表明,正交角反射器声散射特性优于非正交角反射器,正交二面角反射器优于三面角反射器,二面角反射器生产误差在2°以内不会对声散射特性造成实质性影响。

摘要： 本文通过理论方法研究了水中加纵肋无限长圆柱壳的背向散射特性。壳体振动采用薄壳理论的Donnell方程描述,纵肋振动采用相互独立的梁的纵振动和弯曲振动方程描述。在圆柱壳周向使用模态展开和周期条件导出圆柱壳径向振速,并导出远场声压的解析解表达式。将圆柱壳周向模态看作其对应的离散周向波数,数值计算得到离散周向波数频率谱和背向声场形态函数谱。基于离散周向波数频率谱和背向散射声压形态函数频率谱分析了壳体中弹性波的激发、共振和再辐射条件。研究表明,加纵肋后,纵肋对圆柱壳的反力激发了亚音速的弯曲波,弯曲波在周向形成驻波共振并通过纵肋与圆柱壳的衔接点再辐射到远场。

摘要： 针对外域声场计算问题,基于有限元-无限元耦合方法,探讨无限元单元类型、单元大小等要素对声辐射与声散射问题的计算结果的影响。结果表明:有限元-无限元耦合方法对于声辐射和声散射问题的求解准确可行。由算例可知,当无限单元为二次单元时,其单元大小等于1/3波长时即可获得较为精确的声场计算结果。

摘要： 声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度(Sv)同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。

摘要： 基于敌方潜艇使用艇载声呐探测我水下航行器时的假想情况,综合考虑海战场对抗环境,计算水下球形壳体目标的声散射特性和在壳体外敷设粘弹性材料阻尼层后的声散射特性。进一步,利用被敌发现概率评估水下航行器的隐身性能,给出一种海战场环境中水下航行器水声对抗特性评价方法。计算发现,敷设粘弹性阻尼层后目标强度在大半部分分析频段上均有一定程度的降低,特别是低频段的水下目标声对抗特性有了较大的提高。因此,敷设粘弹性阻尼层可以在一定程度上降低水下目标声散射强度,改善水下目标的声隐身性能。

摘要： 针对深海环境中目标的主动探测问题,建立了深海波导中目标低频声散射仿真的简正波耦合边界元理论模型。首先仿真了深海波导中Munk声速剖面条件下的声传播特性,然后根据深海波导中的声传播特性,仿真计算了声源位于不同深度时,波导中目标低频散射回波强度随声源与目标之间水平距离变化的特性。仿真结果表明,当声源深度为100 m(近海面)与1400 m(声道轴)时,受完全声道的影响,在会聚区附近范围内散射回波强度较大;声源深度为4900 m(近海底)时,受直达波与一次海面反射波的影响,在中近距离(小于40 km)范围内散射回波强度较大;对于接收水听器而言,置于临界深度以下时主动探测的距离更远。

摘要： 针对二维半空间声散射问题,采用水平集方法对声屏障截面进行优化设计。以Γ型声屏障为例,给定水平集函数初始配置后,通过求解反应扩散方程来更新结构边界。目标函数设定为观测区域上声压的积分,并由伴随变量法计算出拓扑导数作为优化的梯度。声场与伴随场均采用边界元法进行求解,同时将半空间格林函数作为基本解,以模拟地面对声波的反射效果。在每次迭代中对零水平集基于结构面积进行过滤,仅保留主体部分作为声屏障的截面外形,实现基于拓扑优化的高效形状优化处理。数值算例给出过滤前后的优化结果,并利用商业软件COMSOL进行验证。

摘要： 室内界面的无规入射声散射系数表征扩散声场中散射声能与总反射声能之间的比值,可以通过试件不同方位得到的脉冲响应同步(锁相)平均来完成.本文通过对某类型声扩散体表面散射系数的测量,研究分析了标准化测量方法的不确定性,研究表明,声散射系数的测量不确定度主要由混响时间测量决定.在散射声能不相关的假设下,脉冲响应曲线数目越多,获得的衰变曲线早期能量衰减中,镜面反射能量所占比例越大,混响时间也越接近于真值,但过小的角度改变量会导致不同脉冲响应之间差异化减小,不同脉冲响应之间相关性变大,散射声能无法抵消,影响了测量的准确性.低频时,平均次数对测试结果影响更为显著.

摘要： 当声波通过涡流场时,流体的流动会对声传播过程产生影响,从而形成涡流场的声散射现象.通过构造摄动声学理论模型,提出了一种涡流场声散射数值模拟方法并对散射场特性进行了研究.首先,采用交错网格时域有限差分法结合完美匹配层边界,给出了摄动声学理论模型的数值求解方法;随后,对气动声学中稳态涡流场的声散射问题进行了计算,对比验证了本文流体声学数值模拟方法的有效性;在此基础上,针对水介质涡流场在低马赫数下的声散射进行了模拟,在不考虑流噪声条件下,预报了不同马赫数不同位置的时域声散射特性.通过计算发现,涡流场的声散射会产生两个明显的峰值方向,同时当马赫数小于0.05时,声散射场基本呈对称性.

摘要： 用传统有限元法(FEM)求解Helmholtz声学问题时,由于刚度矩阵过硬,数值误差随着波数的增加而逐渐增大.通过改变单元类型,高频时的计算精度得到提高,但随之而来的问题是计算负担的急剧加重.光滑有限元法通过引入光滑技术构建光滑域,能适当的软化刚度矩阵从而减小数值误差.此外,采用光滑函数可以将形函数梯度在光滑域上的面积分转变为形函数在光滑域边界上的线积分,积分的计算速率和稳定性显著提高.本文采用非反射边界条件处理无界域,在相同的网格尺寸下,用有限元法(FEM)和光滑有限元法(SFEM)分别计算无界域中刚性圆柱对平面波的声散射,对比它们的计算精度和计算时间.从而得出结论:光滑有限元法可以在提高精度的同时减少计算时间.

摘要： SYSNOISE软件被广泛用于计算弹性体的声振动特性.但对于覆盖粘弹性层的弹性体,由于软件中不能输入粘弹性层参数,所以无法计算.本文根据SYSNOISE中关于阻抗的定义,利用VIOLINS (VlbrationOf Layered INsulation Systems)模型首先得到粘弹性层的等效阻抗,然后将阻尼边界条件施加到流体-结构的耦合面上,最后利用软件进行计算.文中给出了球壳、非规则弹性壳覆盖粘弹性层前后散射声场的数值结果和振动模态.结果表明,利用等效阻抗模型可以有效的预报工程中覆盖粘弹性层弹性体的声散射;同时,由于不需要对粘弹性层进行有限元离散化,所以能够极大减少计算量,提高工程预报速度.

摘要： 由于相应边界积分方程能自动满足散射问题的Sommerfield条件,采用边界元法求解声散射问题是非常自然的选择.为避免进行复杂的数值反变换,采用双互易时域边界元方法将标量波传播的时域边界积分方程中关于时间二次导数项的域积分转化为边界积分.首先通过将计算场点配置在边界上并考虑边界条件,可以获得由内部节点上声压量线性表示出边界节点上的物理量;其次,将计算场点配置于域内离散节点上,再将所得边界积分方程组中关于边界物理量用内部节点的声压量线性表示,将获得关于声压量的二阶常微分方程组;第三,引入声压变化速度作为新的未知量,将二阶常微分方程组转化为一阶常微分方程组;最后,采用欧拉法求解常微分方程组.数值算例验证了双互易时域边界元法的正确性和稳定性.

摘要： 利用有限元方法处理一维粗糙海底界面的声散射问题,计算了流体粗糙海底单基地与双基地散射强度,并与Kirchhoff近似、一阶扰动理论进行了比较.Kirchhoff近似在镜面反射方向的结果与有限元方法吻合得较好,扰动近似在偏离镜面反射方向与有限元方法接近.结果表明,有限元方法是一种稳健的计算散射模型的方法,可以用来验证其它分析模型的合理范围.

摘要： 本文通过扁球面坐标和球坐标之间的关系,将入射高斯波束用扁球面坐标函数进行级数展开,得出了高斯波在扁球坐标系下的展开系数,画出高斯波在不同波束因子下的图形,讨论了高斯波束束腰半径的变化时高斯波形的变化特点.论文的研究结果对研究高斯波波束作用下椭球目标的声散射和辐射力的计算具有一定的参考价值.

摘要： 根据水中无限长圆柱壳散射声场和辐射声场的Rayleigh简正级数展开式,推导出求解圆柱壳共振频率的特征方程,计算圆柱壳敷设声学覆盖前后的共振频率以及其辐射声场和散射声场的频响变化,分析圆柱壳声特性与共振频率的对应关系和声学覆盖层对共振频率及声特性的影响.研究表明,圆柱壳每阶子波都存在两类共振频率,其中较低共振频率处的谐振影响其声辐射特性,较高共振频率处的谐振影响其声散射特性;声学覆盖层改变了圆柱壳的共振频率,并且随频率升高,声学覆盖层降低了共振频率处形成的谐振幅度,使得圆柱壳敷设声学覆盖层后的声散射幅度明显降低,频响曲线趋于平滑.

摘要： 本文建立了一个适用于高频和低频的饱和流体孔隙介质模型,模型的基本假设:在高频和低频条件下流体和固体不存在相对运动.在本文中,首先介绍了单个流体饱和球形孔的声散射理论模型,并根据压缩系数的定义推导出了单个球形孔的压缩系数;然后根据流体与固体等应变假设,推导出了流体饱和孔隙介质的等效物理模量;最后,为了验证上述模型,本文以铝介质中分布有水饱和球形孔洞为例,计算了球孔压缩系数和介质纵横波速度随频率的变化关系.结果表明:压缩系数高频小于低频;纵波速度高频大于低频,横波速度高频大于低频;并且在高频条件下,压缩系数和纵波速度都趋于常数.

摘要： 用标准有限元法(FEM)求解针对Helmholtz的声学问题时,数值离散误差会随着波数的增大而增大,这主要是由于FEM刚度矩阵过硬引起的.光滑有限元法(SFEM)通过边(面)光滑技术构建2D (3D)光滑域,能适当弱化刚度矩阵从而降低数值离散误差.文中用非反射边界条件处理无界域,在相同的网格尺寸下分别用光滑有限元法和标准有限元法计算所关心的声学域,发现前者能得到更精确的解和更好的收敛性.以无界域中无限长刚性圆柱对平面波的散射为例,计算发现;与标准有限元相比,光滑有限元法采用光滑函数把光滑域内形函数梯度的积分转变为光滑域边界上形函数的线积分,提高了积分的效率和稳定性,计算结果更接近解析解并且能够计算更高频率的散射.

摘要： 本发明公开了一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，包括：第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)，第一散射吸声体(1)、第二散射吸声体(2)和阵列散射体(3)底部通过固定基座安装在地面上，构成基于Bragg散射声子晶体的声屏障结构，本发明设计的基于声子晶体的声屏障由一个个柱状结构排列组成，与传统声屏障大块的连续隔声板相比，迎风面积和风阻抗大大减小，能够在高速列车经过的区域和自然风较强的地区等特殊场合充分发挥声学降噪性能的同时，避免屏体因为长期受到脉动风压的作用而遭受破坏。

摘要： 本发明公开了一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障顶部吸声结构，包括直立屏体(1)、固定底板(3)、第一散射吸声体(4)和第二散射吸声体(5)，其特征在于：固定底板(3)是一块平直硬质塑料板或金属板，用来连接散射吸声体和直立屏体(1)并起着支撑第一散射吸声体(4)和第二散射吸声体(5)的作用；第一散射吸声体(4)和第二散射吸声体(5)底部安装在固定底板(3)上，固定底板(3)安装在直立屏体(1)顶端并关于屏体(1)前后对称；在干涉消声机制和多种吸声机制的共同作用下，本发明设计的基于声子晶体的声屏障顶部吸声结构能够最大程度地对绕射声波进行有效衰减，从而降低受声点处的声压级，从整体上提高声屏障的降噪效果。

摘要： 一种散射光声探测器，包括光源、样品室和声传感器。该样品室的四周侧壁的内壁涂覆有吸光材料层；光源设置在样品室底面一侧的外部照射样品室，该声传感器与样品室的侧壁连通。本发明可探测弱吸收强散射样品的散射光声信号，弥补了传递光声探测技术只针对强吸收样品的缺陷，具有结构简单紧凑、体积小、灵敏度高和使用方便等特点，可广泛应用于临床医疗诊断等领域，提供一种新的表征手段。

摘要： 本发明涉及一种结合Bragg散射与吸声共振的波浪形高速公路声子晶体声屏障，包括固定底板(1)、地脚螺栓（2）、连接系梁（3）、散射吸声体(4)及岩棉介质（5）；连接系梁（3）连接及固定相邻散射吸声体(4)；固定底板(1)连接、支撑并固定散射吸声体(4)；固定底板(1)与地面直接接触，并采用地脚螺栓（2）连接。本发明的散射吸声体采用高度不同的钢立柱，其呈正方形晶格布置；声屏障从正面看呈波浪状，逐层增高；散射吸声体内部填充岩棉介质吸声，在Bragg干涉消声机制和共振腔吸声机制的共同作用下，声子晶体的声屏障结构能最大程度地对高速公路主要噪声频段0‑500Hz、800‑1250Hz的交通噪声进行有效衰减，从而降低受声点处的声压级，使声屏障的降噪效果更有效，更具有针对性。

摘要： 本实用新型涉及一种结合Bragg散射与吸声共振波浪形高速公路声子晶体声屏障，包括固定底板(1)、地脚螺栓(2)、连接系梁(3)、散射吸声体(4)及岩棉介质(5)；连接系梁(3)连接及固定相邻散射吸声体(4)；固定底板(1)连接、支撑并固定散射吸声体(4)；固定底板(1)与地面直接接触。本实用新型的散射吸声体采用高度不同的钢立柱，其呈正方形晶格布置；声屏障从正面看呈波浪状，逐层增高；散射吸声体内部填充岩棉介质吸声，在Bragg干涉消声机制和共振腔吸声机制的共同作用下，声子晶体的声屏障结构能最大程度地对高速公路主要噪声频段0‑500Hz、800‑1250Hz的交通噪声进行有效衰减，从而降低受声点处的声压级。

摘要： 一种基于周期结构声散射共振特征的水中目标声标识方法，设计具有周期性分布结构，利用短脉冲线性调频信号激发周期结构，将回波信号与参考信号进行卷积包络处理得到声目标强度，根据Bragg散射原理将方位角坐标轴进行变换得到声目标强度的倒梯形状彩图，使几何散射相位干涉条纹呈竖状表达，通过频域方向能量积分提取共振峰，建立共振峰位置与二进制符号的对应关系形成声学条形码，完成声学标识，并根据Bragg散射原理解码得到结构周期。本发明是一种无源被动探测识别方法，具有较好的隐蔽性，被探测目标无需携带能源及配套仪器设备，并节省目标的附加空间和质量，具有持久、稳定，成本低和使用便捷的特点。

摘要： 本发明涉及目标电磁散射与声散射技术领域，且公开了一种通过三维目标声散射评估电磁散射特征的方法，包括以下步骤：1)确定需要评估的三维目标的电磁散射频率；2)确定通过三维目标声散射评估电磁散射中声散射测试的声波频率、声信号脉冲宽度、扫频带宽与对应声学性质的三维目标；3)对应声学性质的三维目标，并安装于消声水池中测试。该通过三维目标声散射评估电磁散射特征的方法，将声散射测试所需目标安装于水声紧缩场或者常规水池中进行目标不同角度的声散射测试，采集不同角度的声散射回波信号并存储，最后采用幅度计算、脉冲压缩和R‑D二维成像算法处理声散射回波信号，可以到目标电磁散射特征结果。

摘要： 本发明涉及目标电磁散射与声散射技术领域，且公开了一种通过三维目标声散射评估电磁散射特征的方法，包括以下步骤：1)确定需要评估的三维目标的电磁散射频率；2)确定通过三维目标声散射评估电磁散射中声散射测试的声波频率、声信号脉冲宽度、扫频带宽与对应声学性质的三维目标；3)对应声学性质的三维目标，并安装于消声水池中测试。该通过三维目标声散射评估电磁散射特征的方法，将声散射测试所需目标安装于水声紧缩场或者常规水池中进行目标不同角度的声散射测试，采集不同角度的声散射回波信号并存储，最后采用幅度计算、脉冲压缩和R‑D二维成像算法处理声散射回波信号，可以到目标电磁散射特征结果。

摘要： 本发明提供一种基于透声浮体模具的冰下溢油声散射特性实验室测试方法，属于冰层下溢油灾害探测和水中目标声散射特性研究领域。其特征是基于透声浮体模具的冰下溢油声散射特性实验室测试方法，首先选用透声、低密度材料构建浮体模具，在模具中制备海冰层，将浮体模具倒置于测试水域，从下方注油，建立海水‑溢油‑冰层的多层介质；然后设计测试水深，确保发射波束宽度小于多层介质尺度；最后进行坐底式声散射特性测试，分析得到多层介质的声散射特性。本发明的效果和益处是利用透声、低密度材料构建浮体模具，制备海水‑溢油‑冰层的多层介质，既解决了实验室内测试冰下溢油高频声散射特性中冰层和油层的不可控问题，又避免模具材料的声学干扰。

摘要： 一种基于周期结构声散射共振特征的水中目标声标识方法，设计具有周期性分布结构，利用短脉冲线性调频信号激发周期结构，将回波信号与参考信号进行卷积包络处理得到声目标强度，根据Bragg散射原理将方位角坐标轴进行变换得到声目标强度的倒梯形状彩图，使几何散射相位干涉条纹呈竖状表达，通过频域方向能量积分提取共振峰，建立共振峰位置与二进制符号的对应关系形成声学条形码，完成声学标识，并根据Bragg散射原理解码得到结构周期。本发明是一种无源被动探测识别方法，具有较好的隐蔽性，被探测目标无需携带能源及配套仪器设备，并节省目标的附加空间和质量，具有持久、稳定，成本低和使用便捷的特点。