2019年, 第47卷, 第6期　刊出日期：2019-11-10

  

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全国声学大会专题
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  界面特性对兰姆波混频效应的影响

  陈瀚,邓明晰,高广健,刘畅,白云山

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 1-7.

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  为有效定征层状复合材料的界面特性，对具有局部积累增长的兰姆波混频效应进行了建模及仿真，定位并评价了局部的界面特性退化。根据二阶微扰理论和模式展开方法，位于兰姆波混叠区中的混频谐波可视为一系列混频导波模式的叠加，局部界面特性的变化将显著影响混频谐波局部积累的增长程度。首先采用界面弹簧模型对层状板的界面特性进行描述，计算频散曲线；之后结合混频匹配条件，遴选出兰姆波模式组合。在此基础上，对该兰姆波模式组合在层状板中产生的混频谐波传播的物理过程进行有限元仿真，通过调整传播参数开展扫查分析，以定位并评价局部界面特性退化。仿真结果表明：混频谐波发生效应可较为敏感地反映界面特性局部微小变化，在层状板的界面特性无损检测方面有很大的潜力。
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  水下亚波长广角声单向传输结构设计与优化

  陆伟,张赛,许伯强,张宇,曹文武

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 8-15.

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  利用传递矩阵法，基于流固超晶格的单元传递矩阵，计算并分析了无限周期流固超晶格的能带结构以及有限周期级联超晶格的透射谱。在此基础上，耦合一维周期性矩形声栅与级联超晶格，构造了水下亚波长广角声单向传输结构，揭示了其广角声单向传输机制。有限元仿真结果表明，该结构能够实现约20°广角入射声波的单向传输效应，同时还具有宽频带、高整流比等特性。通过优化声栅单元的方位角，有效地提高了结构的正向导通率。本文结果突破了基于声子晶体的声单向传输设计中面临的“波长-尺寸”限制，有助于水下声整流器件朝着小型化和集成化方向发展。
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  声陈绝缘体的实验验证

  丁玉江,彭玉桂,朱一凡,梁彬,祝雪丰,程建春

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 16-22.

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  与二维电子系统在有效磁场下所表现出的独特拓扑性质类似，声陈绝缘体是具有拓朴性质的声学系统。通过带角动量偏置的共振单元组成二维阵列，打破洛伦兹互易性，利用高Q值共振腔体和腔内环流场显著降低了声陈绝缘体的转子转速要求，进而对声陈绝缘体进行了实验验证。实验结果表明：稳定均一环形气流场下的声陈绝缘体边界上存在着受拓扑保护的单向边界态，且具有完全背散射抑制和缺陷免疫特性。研究结果为在声学体系中观察拓扑相变和制作基于拓扑绝缘体的非互易器件提供了实验平台。
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  连续波主动声呐的矩阵信息几何目标检测

  周泽民,华小强,关承宇,曾新吾

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 23-29.

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  海洋混响是主动声呐的主要干扰之一。由于混响与目标回波信号的强相关性，在强混响背景下，传统的匹配处理会出现严重的虚警。因此，减少混响对弱目标探测的影响，是混响背景下主动声呐需解决的关键问题。针对低信混比条件下主动声呐探测的恒虚警检测问题，以矩阵信息几何理论为基础，利用连续波主动声呐回波构建了对应距离单元的信号矩阵流形，在此基础上提出了连续波主动声呐的矩阵信息几何目标检测方法。通过混响统计模型和双基地混响单元散射模型下的仿真数据处理结果表明，在低信混比条件下矩阵CFAR（constant false alarm rate）检测器相比于常规的FFT-CFAR检测器具有更优的恒虚警检测性能。
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  基于分布式垂直线列阵的目标运动分析

  卢艳阳,杨坤德

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 30-36.

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  为对水下运动目标进行有效定位，提出了一种基于分布式垂直线列阵的目标运动分析方法。基于垂直线列阵已具备目标测距能力的前提，首先分析了单垂直线列阵对目标的测速问题，利用最小二乘法实现了对目标的稳健测速;进一步给出了双垂直线列阵对目标航迹情况的估计，当有三个及以上的垂直线列阵先后探测到目标时可基本实现对目标运动方向的确定。利用数值仿真和海上航船实际航迹验证了该算法的可行性。结果表明,本文提出的算法可有效获得水下目标的运动状态。
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  基于深度学习的典型海洋哺乳动物click信号识别方法

  高德洋,高大治,李小雷

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 37-43.

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  利用深度神经网络对3种典型海洋哺乳动物的click信号和脉冲噪声进行分类识别。首先对采集到的海洋哺乳动物click信号进行特征分析，给出频谱能量算法；之后利用前馈全连接神经网络对时域信号进行识别，研究神经网络参数的改变对识别结果的影响；最后利用卷积神经网络对时频信号进行了识别。结果表明：频谱能量算法识别准确率为69.83%，前馈全连接网络通过调整参数准确率可以达到98.28%，卷积神经网络准确率达到100%。由于实验数据规模较小、信号信噪比较高，所以神经网络的识别效果较好。深度学习方法能够比频谱能量算法取得更好的识别效果，调节前馈全连接网络的隐藏层参数，可提高识别效果。
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  超声谐振谱技术在压电材料性能表征中的应用

  汤立国,庄铭煌,李惠

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 44-50.

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  为保证压电材料定征结果的自洽性，基于单块样品采用超声谐振谱(RUS)技术实现了压电材料全矩阵材料系数的定征。本文阐明了利用RUS技术定征压电材料全矩阵材料系数的原理并给出了具体实施步骤，分析了该技术的优点与局限性；进一步以Mn掺杂铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(23PIN-48PMN-29PT)样品为例，利用RUS技术对压电单晶均匀性进行无损评价。结果表明，RUS技术可以有效评估池豫铁电单晶的均匀性。
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  温度应力作用下钢轨导波频散特性分析

  王聪,吴先梅,刘松,陈家熠

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 51-58.

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  温度应力是无缝轨道结构检测及监测的重点和难点，而获取波传播频散特性和振动形态是设计的基础检测方案。作为异形截面波导，钢轨中导波传播具有多模态及频散特性。本文通过应用半解析有限元方法，基于哈密顿原理和波动方程求解了任意位置截面导波传播的控制方程，进一步得到钢轨中导波传播频散曲线及相应的振动形态。分析频散图中典型曲线上部分频点的波结构图和振型发现，随着频率增加，波导截面由整体大幅振动逐渐转变为局部的明显振动，并且内部振动形态趋于复杂。温度应力的引入改变了钢轨导波的频散曲线，绝大部分频段表现为相速度、群速度增加，但幅度不一。
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  基于次级声源指向性的微裂纹取向定征方法

  王积硕,刘良兵,胡宁,邓明晰

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 59-64.

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  基于接触声非线性理论和双线性本构模型，构建了超声纵波与微裂纹相互作用的物理模型,发展了一种基于次级声源指向性的微裂纹取向定征方法。借助于ABAQUS仿真软件，通过添加VUMAT子程序对其进行了数值仿真，研究了不同取向的微裂纹与超声纵波之间的相互作用，分析了所产生的非线性谐波。结果表明，次级声源指向性随微裂纹取向的改变而敏感变化，可将其用于定征微裂纹的取向特性。
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  分层板中微裂纹产生的非线性兰姆波仿真研究

  贾璐,阎守国,黄娟,张碧星

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 65-71.

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  对分层板中由于微裂纹存在而产生的非线性兰姆波进行研究，采用楔块入射法获得特定模式的兰姆波，并利用有限元方法数值模拟了兰姆波与不同长度、不同位置微裂纹之间的相互作用。数值结果表明：兰姆波与微裂纹相互作用后能产生二次谐波，并且这种非线性效应与裂纹长度呈正相关，可用于早期的微裂纹检测；但当分层板中微裂纹由一种介质延伸到另一种介质，或者在分层板不同表面进行检测时，非线性效应增长趋势会发生变化，这是材料特性变化所带来的影响。此外，与不同角度的微裂纹相互作用后所得信号中的非线性系数不仅与裂纹自身性质有关，同时与采样点相对微裂纹位置相关。
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  基于磁感应磁声检测的高强度聚焦超声治疗实时温度监测

  丁鹤平,郭各朴,王佳伟,郭余庆,王军,李禹志,马青玉

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 72-79.

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  结合磁感应磁声层析成像和超声治疗技术，基于生物组织的电阻抗-温度关系，利用高强度聚焦超声(HIFU)治疗中焦域的电阻抗变化开展了实时温度监控与疗效评估研究。基于生物组织中的聚焦声场和温度场、电磁脉冲所产生的磁声激励和声辐射理论，利用亥姆霍兹波动方程、生物热传导Pennes方程和磁感应磁声检测的基本理论，研究了HIFU焦域的声场和温度场以及电导率分布，模拟了HIFU治疗过程中焦域的磁声声源分布。进一步考虑换能器响应特性，仿真得到磁声声压和磁声声波信号，分析了磁声波簇幅值及其导数随HIFU治疗时间的变化规律，证明HIFU焦域在规定范围内（径向和轴向分别为±0.46 mm和±2.2 mm）温度达到69 ℃时，组织发生凝固性坏死，此时的磁声波簇幅值的导数达到最大值。研究结果为温度监测提供了一种灵敏快捷的测量方法，促进其在HIFU治疗实时疗效评估和剂量控制中的应用。
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  切向流下穿孔板声阻抗模型的比较

  施天润,俞悟周

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 80-85.

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  在穿孔板声衬的设计过程中，需要选择合适的穿孔声阻抗模型。因为切向流条件下的穿孔声阻抗由不同测试方法得到，导致直接采用声阻抗的实验结果对声阻抗计算模型进行比较较为困难。本文采用穿孔声衬在有流条件下的传声损失，对6种切向流穿孔声阻抗模型及30种声阻和声抗的复合模型进行比较。使用传递单元法得到声衬的四极参数及各模型对应的传声损失计算值。与实验结果进行比较，分析不同模型的频谱特性差异。结果显示：在中低频时，6种声阻抗原模型得到传声损失和实验值吻合良好，但中高频均和实验值有较大的偏差；Lee&Ih的声阻模型和Cummings的声抗模型的复合模型，在不高于0.2 Ma的流速下得到的声衬传声损失和实验结果吻合良好，比其他计算模型更接近实验值。
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  沟槽表面控制湍流发展及降噪的机理

  曲俊超,刘永伟,商德江

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 86-92.

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  以SUBOFF指挥台围壳-艇身模型为研究对象，通过数值计算指挥台围壳附近的非定常流动，分析了来流流经指挥台围壳后产生的不稳定流动现象，总结其噪声产生机理；提出了一种仿照鲨鱼皮肤沟槽的水动力噪声控制方法，通过在指挥台围壳与艇身交接部位开设若干沟槽，研究沟槽表面控制湍流发展及降噪的机理。结果表明：沟槽可以抑制边界层分离，抑制马蹄涡的产生，降低由马蹄涡激励艇身产生的低频线谱噪声；沟槽的降噪量随深度的增加而增加，在本模型中的最大降噪效果可达13 dB。
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  带弹性障板充液管路管口的声辐射特性

  黎亚军,孙红灵,孙陆阳,杨军

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 93-99.

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  建立了末端带有弹性障板的有限长直管道的声固耦合有限元模型，分析了声激励下管与流体、弹性板与流体、以及管板整体与流体三种耦合工况下管口声能量响应以及声阻抗的变化。结果表明：声激励下，耦合系统辐射声能量在大部分频段内以管口流体声占主导；末端弹性障板的存在会显著影响管口的辐射声功率响应，特别是板的周向对称模态对声功率响应的峰谷影响很大；而管与管内流体的耦合使得弹性障板低频段辐射声功率有一定提升。可见，管口流体声阻抗响应与其声功率响应具有一致的变化规律。
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  混合盘绕型声学超材料在低频隔声中的应用

  赵欣哲,刘国强,夏东

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 100-104.

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  为有效隔离变压器产生的可听噪声，提出了基于声学超材料的噪声处理方法。首先对变压器噪声进行测量，根据测量结果分析其频谱特性；之后针对主要噪声频率集中在400 Hz和500 Hz的区域，设计了一种混合盘绕型声学超材料单元，该混合盘绕型声学超材料单元内部声波导长度比单元尺寸长7倍多，具有极高的折射率。通过有限元数值计算,分析了所设计的混合盘绕型声学超材料单元的声学特性，并计算其传声损失，发现在400至500 Hz频段其具有极高声压反射系数且传声损失到达25 dB左右。使用阻抗管测量进行实验验证，将实验结果同仿真数据进行对比，发现二者具有较高的一致性。
微分方程专题
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  一类捕食者带有Allee效应的改进Leslie-Gower系统的定性分析

  赵丹,杨文彬,李艳玲

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 105-110.

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  在齐次Neumann边值条件下讨论了一类捕食者带Allee效应的改进Leslie-Gower系统平衡态正解的稳定性和存在性问题。利用最大值原理及Harnack不等式得到正平衡解的先验估计,并运用稳定理论得到正常数平衡解的渐近稳定性;其次,利用积分的性质以及Poincare不等式,证明了非常数正平衡解的不存在性;在Leray-Schauder度理论的基础上研究了非常数正平衡解存在的充分条件。结论表明,当参数满足一定条件时,两物种可以共存。
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  一类含有密度制约项的同类相食模型动力学分析

  朱雪,蔺小林,李建全

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 111-117.

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  在考虑幼年个体具有密度制约的基础上，建立了一类幼年-成年两阶段结构的同类相食模型，完整分析了模型平衡点的存在性和稳定性。当不具有同类相食行为时，通过构造适当的Lyapunov函数证明了平衡点的全局稳定性；当具有同类相食行为时，发现同类捕食会使模型产生鞍结点分支，并通过用Dulac函数排除模型周期解的存在性，得到了模型的全局动力学性态。最后，借助数值模拟验证了所得分析结果的正确性。
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  修正Boussinesq方程组的相容Riccati可解性及相互作用解

  夏亚荣

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2019, 47(6): 118-121.

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  利用相容的Riccati 展开法研究了修正的 Boussinesq 方程组, 证明了方程组是相容Riccati展开可解的。基于方程组的相容 Riccati 展开可解性, 利用修正的 Boussinesq方程组对应Schwarzian方程的特殊形式解, 得到了修正的 Boussinesq 方程组的孤立波解及孤立波与椭圆周期波的相互作用解。