《水聲換能器及基陣建模與設計》是2020年1月科學出版社出版的圖書，作者是何正耀。
基本介紹
- 中文名：水聲換能器及基陣建模與設計
- 作者：何正耀
- 類別：物理學
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2020年1月
- ISBN：9787030630407
圖書簡介,圖書目錄,
圖書簡介
《水聲換能器及基陣建模與設計》系統地介紹水聲換能器及基陣的建模計算與設計方法。《水聲換能器及基陣建模與設計》共11章,主要包括緒論,壓電材料的性質,換能器的等效電路分析、有限元建模和邊界元建模,換能器及基陣聲輻射建模與計算,幾種典型水聲換能器的建模與設計以及水聲換能器共形陣發射波束最佳化。《水聲換能器及基陣建模與設計》融入了作者多年來從事水聲換能器及基陣建模計算與設計方面科研工作的實際經驗,內容深入淺出,注重理論與實踐結合,仿真計算與實驗驗證結合,系統性與創新性結合。
圖書目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 研究歷史及現狀 3
1.2.1 水聲換能器的建模分析方法 3
1.2.2 水聲換能器及基陣的聲輻射建模與計算方法 4
1.2.3 幾種典型水聲換能器的建模與設計 7
1.2.4 水聲換能器基陣的互輻射計算及發射波束最佳化 11
1.3 本書的結構 13
第2章 壓電材料的性質 15
2.1 晶體的特徵 15
2.2 晶體的鐵電性 16
2.3 晶體的壓電性 17
2.4 壓電晶體的特性 20
2.4.1 壓電晶體的力學特性 20
2.4.2 壓電晶體的介電性 25
2.4.3 壓電效應與壓電方程 27
2.5 壓電材料的參數 31
2.6 常用壓電材料的性質 33
2.7 本章小結 35
第3章 換能器的等效電路分析 36
3.1 換能器機電等效電路模型 36
3.2 換能器全電等效電路及導納分析 38
3.3 本章小結 45
第4章 換能器的有限元建模 46
4.1 有限元模型基本理論 46
4.1.1 結構力學的有限元方程 46
4.1.2 聲學流體問題理論基礎 46
4.1.3 聲學流體矩陣推導 48
4.1.4 邊界阻尼產生的聲波吸收 49
4.1.5 聲學流固耦合問題 50
4.2 利用ANSYS軟體對換能器進行建模分析方法 51
4.3 本章小結 55
第5章 換能器的邊界元建模 56
5.1 外部問題邊界積分公式 56
5.1.1 格林函式 57
5.1.2 邊界積分方程 57
5.1.3 外部亥姆霍茲方程 58
5.1.4 表面亥姆霍茲方程 61
5.1.5 內部亥姆霍茲方程 63
5.2 內部問題邊界積分公式 63
5.3 邊界元數值計算 64
5.4 奇異積分 69
5.5 解的非唯一性 70
5.6 邊界元計算軟體SYSNOISE簡介 70
5.7 本章小結 71
第6章 換能器及基陣聲輻射建模與計算 72
6.1 均勻脈動球源的聲輻射 72
6.2 無限大剛性障板平面上圓形活塞的聲輻射 73
6.3 表面振速分布不均勻的換能器的輻射阻抗 76
6.4 換能器基陣的互輻射阻抗 76
6.5 換能器基陣輻射阻抗的邊界元計算 78
6.6 邊界元法計算典型聲源的聲輻射特性 79
6.6.1 均勻脈動球源聲輻射的計算 79
6.6.2 無限大剛性障板平面上圓形活塞的聲輻射計算 82
6.6.3 無限大剛性障板平面上兩個圓形活塞的互輻射計算 83
6.7 邊界元法計算平面換能器陣的聲輻射特性 84
6.7.1 無限大剛性障板上平面陣的聲輻射計算 84
6.7.2 有限大剛性障板上平面陣的聲輻射計算 87
6.8 邊界元法計算換能器共形陣的聲輻射特性 91
6.8.1 陣形任意的換能器基陣的聲輻射計算 91
6.8.2 水聲換能器共形陣輻射指向性計算及實驗驗證 96
6.9 本章小結 101
第7章 凹桶型彎張換能器及基陣 102
7.1 空氣中凹桶型彎張換能器三維有限元建模與計算 102
7.1.1 凹桶型彎張換能器有限元模型建立 102
7.1.2 空氣中凹桶型彎張換能器的模態分析 103
7.1.3 空氣中凹桶型彎張換能器的導納計算 104
7.2 空氣中凹桶型彎張換能器二維軸對稱有限元建模計算 105
7.2.1 軸對稱有限元模型建立 105
7.2.2 空氣中凹桶型彎張換能器模態分析 106
7.2.3 空氣中凹桶型彎張換能器導納計算 107
7.3 水中凹桶型彎張換能器二維軸對稱有限元建模計算 109
7.3.1 水中軸對稱有限元模型建立 109
7.3.2 水中換能器導納計算 109
7.3.3 水中凹桶型彎張換能器聲輻射計算 110
7.4 凹桶型彎張換能器的邊界元計算 112
7.4.1 單個凹桶型彎張換能器的聲輻射計算 112
7.4.2 凹桶型彎張換能器基陣的聲輻射計算 117
7.5 凹桶型彎張換能器及基陣的等效電路分析 125
7.5.1 凹桶型彎張換能器及基陣電聲測量結果 125
7.5.2 單個凹桶型彎張換能器的等效電路模型計算 126
7.5.3 兩個凹桶型彎張換能器並聯的等效電路模型計算 128
7.5.4 三個凹桶型彎張換能器並聯的等效電路模型計算 130
7.5.5 等效電路模型計算凹桶型彎張換能器及基陣的導納曲線 132
7.6 本章小結 134
第8章 溢流環換能器及基陣 135
8.1 溢流環換能器諧振頻率理論計算 135
8.1.1 溢流環換能器諧振頻率的計算公式 135
8.1.2 溢流環換能器諧振頻率的計算與分析 137
8.2 空氣中溢流環換能器的有限元建模與計算 138
8.2.1 換能器軸對稱有限元模型建立 138
8.2.2 溢流環換能器空氣中模態分析 138
8.3 水中溢流環換能器的有限元建模與計算 140
8.3.1 水中溢流環換能器軸對稱有限元模型建立 140
8.3.2 水中溢流環換能器導納計算 140
8.3.3 水中溢流環換能器聲輻射特性計算 142
8.4 水中溢流環換能器的邊界元建模與計算 144
8.5 溢流式鑲拼圓環換能器結構 149
8.6 溢流式鑲拼圓環換能器在空氣中的有限元建模計算 150
8.7 溢流式鑲拼圓環換能器在水中的有限元建模計算 152
8.7.1 溢流式鑲拼圓環換能器水中的三維有限元模型 152
8.7.2 溢流式鑲拼圓環換能器水中導納計算 152
8.7.3 溢流式鑲拼圓環換能器水中發射電壓回響計算 153
8.8 溢流環換能器基陣的建模計算 154
8.8.1 半波長間距二元溢流環換能器陣聲輻射計算 154
8.8.2 半波長間距三元溢流環換能器陣聲輻射計算 161
8.8.3 小間距二元溢流環換能器陣聲輻射計算 167
8.8.4 小間距三元溢流環換能器陣聲輻射計算 171
8.9 本章小結 175
第9章 彎曲圓盤換能器及基陣 176
9.1 彎曲圓盤換能器的有限元建模計算 176
9.1.1 彎曲圓盤換能器有限元模型 176
9.1.2 彎曲圓盤換能器水中的諧波分析 177
9.2 彎曲圓盤換能器密集陣的聲輻射特性建模計算 178
9.2.1 彎曲圓盤換能器密集陣 178
9.2.2 四元彎曲圓盤換能器密集陣的有限元模型 179
9.2.3 四元彎曲圓盤換能器密集陣水中聲輻射計算 180
9.2.4 八元彎曲圓盤換能器密集陣水中聲輻射計算 183
9.3 彎曲圓盤換能器的製作 185
9.4 彎曲圓盤換能器的性能測量 187
9.4.1 彎曲圓盤換能器空氣中的導納測量 187
9.4.2 彎曲圓盤換能器水中的導納測量 188
9.4.3 彎曲圓盤換能器水中發射電壓回響測量 188
9.5 本章小結 189
第10章 縱振液腔諧振耦合發射換能器 190
10.1 縱振液腔諧振耦合發射換能器諧振頻率的理論計算 190
10.1.1 縱振液腔諧振耦合發射換能器的結構 190
10.1.2 液腔諧振頻率計算 191
10.1.3 縱振諧振頻率計算 191
10.2 縱振液腔諧振耦合發射換能器的有限元建模計算 191
10.2.1 縱振液腔諧振耦合發射換能器的有限元模型建立 191
10.2.2 縱振液腔諧振耦合發射換能器性能的有限元仿真及實驗驗證 192
10.3 縱振液腔諧振耦合發射換能器的指向性最佳化設計 194
10.4 本章小結 195
第11章 水聲換能器共形陣發射波束最佳化 196
11.1 水聲換能器共形陣驅動電壓的邊界元模型最佳化加權 196
11.1.1 水聲換能器基陣的驅動電壓最佳化計算基本原理 196
11.1.2 仿真計算及實驗結果 200
11.2 水聲換能器共形陣驅動電壓的實測陣列流形最佳化加權 206
11.2.1 基於實測陣列流形的水聲換能器基陣發射波束最佳化原理 206
11.2.2 仿真計算及實驗結果 212
11.3 本章小結 217
參考文獻 218
