薄板中类Lamb波在负载流体中引起的声流的研究

板的一侧有粘滞液层负载时,板中类Lamb波的传播将会在其负载流体中引起声流。结合单面粘滞液层负载板中类Lamb波的传播机制以及流体中由于声波非线性传播引起声流的理论,运用逐级近似法,并考虑到具体的实验条件,计算了薄板内有类Lamb波传播时,其负载流体中声流的速度大小与分布。数值计算与已有实验符合较好。     

有液层负载时薄板中类Lamb波的传播

本文研究薄板一面有液层负载时板中类Ｌａｍｂ波的传播，从弹性波传播理论出发，导得了类Ｌａｍｂ波的色散方程。由于几何不对称，因此不可能严格区分出对称与反对称模式，而是耦合在一起。数值计算结果表明，板中类Ｌａｍｂ波相速度随液层厚度增加呈周期变化。当ｋｔｄ＜＜１时类反对称模式的相速度变化近似与液层厚度成正比，这与特征阻抗法结果相同。初步实验结果验证了上述理论。     

有液层负载时各向异性薄板中Lamb波的传播

研究各向异性板有液层负载时板中Ｌａｍｂ波的传播．以微传感领域常用的ＺｎＯ等为例,从弹性波传播理论出发,结合边界条件,导得了各向异性薄板有液层负载时板中Ｌａｍｂ波传播的色散方程,这也同样适用于正交晶体系,正方晶体系和立方晶体系的晶体．数值计算结果表明,各向异性板中Ｌａｍｂ波相速度随液层厚度增加呈周期变化．当单面有液层负载的薄板厚度２ｄ很小时,Ａ０模式的类Ｌａｍｂ波的微质量传感特性也作了讨论．     

有粘弹薄层负载时薄板中的Lamb波传播

从弹性波理论出发,结合边界条件,导出了一面有粘弹薄层负载时薄板中Lamb波的色散方程,通过数值计算,研究了薄板中Lamb波传播色散、衰减等特性及负载层参数对Lamb波传播的影响。最后提出了一种结合Lamb波和SH波微传感实现粘弹薄膜材料复Lame参数λ*和μ*的定征方法。     

基于时间反转理论的聚焦Lamb波结构损伤成像

从理论和实验上研究了时间反转法在频散和多模式的Lamb波结构健康检测方面的应用.当Lamb波在包含有损伤的板类结构中传播时,损伤的存在表现为一个被动波源.采用分布式传感器网络,基于传递函数的观点,通过推导由损伤这个被动波源产生的时间反转波场幅值的表达式,证实了当观察点位于损伤位置时,时间反转波场的幅值最大.为验证时间反转方法的聚焦效应,提出了一种适合于分布的激励/接收传感器网络的成像方法,该方法可以对损伤定位并近似确定损伤尺寸.结合有限元的实验结果显示了Lamb波检测信号的能量可在损伤处聚焦,表明时间反转     

压电晶片传感器监测金属薄板的腐蚀

激励压电晶片传感器产生Lamb波并用于监测金属板材的腐蚀,由信号的相关系数表征腐蚀对在板中Lamb波传播特性的影响。实验结果表明在Lamb波模态中A₀模式受腐蚀影响大,适合用于监测金属的腐蚀。Lamb波通过腐蚀区域后由于频散以及信号幅度和相位的变化对采集的损伤信号与健康状态信号的相关系数有影响。在腐蚀区域直径一定的情况下,对应的相关系数并不随腐蚀深度的增加而单调递减;在腐蚀深度一定时,相关系数随腐蚀区域直径增加而单调递减。     

利用Taylor展开法研究Lamb波在功能梯度材料中的传播特性

超声技术可用于对功能梯度材料(FGMs)的性质进行评估. 由于FGMs性质的非均匀性,采用分布函数来描述FGMs弹性常数和密度沿厚度方向的变化趋势,并提出利用Taylor展开的方法来解决分布函数为任意函数时的FGMs中Lamb波的传播问题. 利用本征函数展开法得到了铁基氧化铝FGMs中Lamb波的相速度色散曲线,讨论了材料性质分布对铁基氧化铝FGMs中Lamb波传播特性的影响. 为FGMs性质(沿板厚方向变化)的反演提供了理论依据. 关键词： 功能梯度材料 Lamb波 Legendre多项式 分布函数     

流体饱和多孔媒质极中漏Lamb波

从Biot理论出发导出了外界有流体负载时多孔媒质板中漏Lamb波的特征方程，具体计算了水馆和玻璃融珠板中漏Lamb波的传播速度随频率的变化以及多孔板表面流阴抗对两个最低阶漏Lamb波速度和衰减的影响．采用超声透射谱实验技术，测量了浸没于水中的玻璃融珠板在开孔状态下一定频率范围内的色散关系．理论和实验符合得较好．     

窄频带Lamb波频散特性研究

利用连续小波变换对从铝合金板结构中俘获的Lamb波信号进行分析,获得波信号在时间-尺度域的等高线和等高线脊线.根据Lamb波的频散特征、时间-尺度域等高线脊线的斜率和波在不同尺度下的到达时间,识别了Lamb波信号中各信息包的模式,并匹配出基础阶模式窄频带Lamb波在铝合金板结构中传播的实际频散曲线.对试验的Lamb波信号分析的结果表明该方法对于研究和应用窄频带Lamb波的频散特性是有效的. 关键词： 连续小波变换 Lamb波 频散     

不锈钢折弯板裂纹Lamb波检测技术*

金属弯板广泛应用于车辆、船舶、飞机等大型装备结构件中，折弯处易形成应力集中产生裂纹，直接影响构件的使用安全和寿命。本文开展了不锈钢弯板裂纹缺陷Lamb波检测技术研究，计算了钢板的频散曲线，优选三种不同频率的S0模态：0.25MHz、0.5MHz、1MHz。利用COMSOL软件建立频域仿真模型，模拟了Lamb波在3mm厚“L”形弯板内部的传播情况，开展折弯板裂纹缺陷检测实验，并使用小波包变换的方法对实验信号进行分析。结果表明，经小波变换后，0.25MHz、0.5MHz、1 MHz的S0模态Lamb波均可用于裂纹缺陷的识别检测.     

两侧有固体层负载时板中Lamb波的传播

本文研究了薄板二面有固体导负载时板中Ｌａｍｂ波的传播，从弹性波理论出发并结合应的边界条件，导出板中Ｌａｍｂ波的色散方程，数值计算表示，不管作为自由状态时板中Ｌａｍｂ波相速（板厚取定时）是大于或小于外层固体的声表面波波速，板中对称及反对称模式的Ｌａｍｂ波相速都随着外层固体层厚度增加而变化并且渐近于外层固体的声表面波波速，数值计算又表明，对很薄的板，板中对称及反对称模式的相速均随负载板的厚度呈线性变化     

超声Lamb波二次谐波发生效率分析与模式选择

在导波模式展开分析方法的基础上,提出激发效率参量来定量表征超声Lamb波积累二次谐波的发生效率。以P92钢板为例,理论计算得到了与频散曲线对应的理论激发效率参量分布图谱,从图谱中选择理论激发效率参量大小不同的两种基频Lamb波模式:纵波型S1模式和交点型A2/S2模式,分别测量这两种基频Lamb波模式在钢板中传播时产生的二次谐波信号。理论计算和实验测量结果表明,这两种基频Lamb波模式的理论和实验激发效率参量的比值基本一致,且激发效率参量较大的纵波型S1模式能激发出效率更高的二次谐波信号。研究结果表明激发效率参量可以有效的用于Lamb波二次谐波发生效率的表征及模式选择。      

粗糙界面板Lamb波的传播特征

弹性波在粗糙界面板中的传播问题对无损检测、地震波传播等问题有实际意义,但是多年来的研究限于相屏近似等方法。本文从严格的理论出发,把粗糙界面起伏看作空间位置变量的随机过程,在粗糙表面起伏很小的条件下,用多次散射相互独立假设得到了平均意义下的Rayleigh-Lamb频散方程。通过对方程进行求解,得到了Lamb波在粗糙界面板中传播时的衰减。结果表明Lamb波的衰减和界面的粗糙起伏方差近似成正比,和粗糙起伏相关长度关系不大。在理论分析的基础上,进行了实验验证。     

粘弹模量对金属基底-胶粘涂层结构中类Rayleigh波传播特性的影响

为了解粘接结构中胶粘涂层的粘弹特性,进而评价粘接质量,对半无限金属基底-胶粘涂层结构涂层中的类Rayleigh波传播特性进行了研究。从粘弹的基本理论出发,通过Laplace-Henkel变换技术建立起类Rayleigh波的频率方程,将粘接涂层视为Kelvin体计算并分析了其粘弹模量对波的频散及衰减关系的影响。理论计算发现粘弹体的粘滞项对频散低阶模式影响不大,但随着粘滞的增大对高阶模式可产生影响。同时粘滞还影响各阶模式波的衰减,特别是Sezawa模式对衰减较Saw模式更为敏感,在某些结构中还会出现局部的极小值现象,结果表明:对粘涂层结构涂层中类Rayleigh波传播特性的研究可为粘弹模量的定量评估及粘接质量的评价提供一定的理论方法。     

三层介质超声谐振模式随材料和界面粘接性能变化的演变规律

在用超声波谐振对粘接材料的粘接强度进行无损评估时, 不同模式对粘接强度的敏感程度受到众多因素和参数的影响, 对检测结果的可靠性至关重要. 基于多层介质中声传播和界面弱粘接边界条件的理论模型, 将一个上下非对称的金属-粘接剂-金属三层结构的平面波反射系数函数中的谐振模式看作是上下铝金属层各自的Lamb波频散模式通过夹心粘接剂层相互耦合后叠加组成. 改变影响结构粘接强度的因素, 即粘接剂的性能参数(声阻抗、密度、厚度)和界面切向劲度系数k_t来分析三层结构谐振模式耦合方式的变化,得出结论: 粘接结构粘接性能的变化基本上不改变与被粘铝层相关的固有部分的Lamb波模式, 而它们的耦合模式则在谐振频率上产生平移并会与固有模式进行交换和替代; 不同参数的变化引起的模式演变有各自的规律, 大多可彼此区分.     

有效测量套管井泄漏Lamb波衰减的实验研究

低密度水泥在油气井中的广泛应用使得常规的声阻抗类测井方法难以准确、有效地评价固井质量,而声波倾斜入射在套管中激发的弯曲型Lamb波对水泥的性质及胶结情况具有很高的分辨能力,能够很好地解决低密度水泥的固井质量评价问题。弯曲型Lamb波对套管后介质声学信息的响应反映在声波衰减中,因此该文通过实验研究了激发弯曲型Lamb波的有效方式,分析了声波入射和接收角度对Lamb波衰减的影响。实验结果表明,入射和接收角度在一定范围内变化时,虽然激发出的Lamb波模式均为弯曲型Lamb波,但在同一套管模型下测量的声波衰减值会有差异,选择激发弯曲型Lamb波的最有效方式,计算得到的Lamb波衰减对套管后介质的灵敏度才会最高。     

多通道超声兰姆波检测板状结构中的裂纹

超声兰姆(Lamb)波在结构缺陷检测方面愈来愈受到重视,但目前Lamb波的应用局限于单信号源激励,单通道接收的方法,容易受到噪声干扰,其后续的信号分析处理也比较复杂。本文旨在采用多通道Lamb波对板状结构中的裂纹进行定量分析与诊断。在铝板的表面凿刻出不同深度的凹槽作为裂纹,通过线阵换能器采集在一定传播距离内的多通道Lamb波信号,并采用二维傅里叶变换分析在不同深度的裂纹下,Lamb波模式能量的变化规律。结果表明,相对于完好铝板中的Lamb波信号,裂纹的存在会使Lamb波发生模式转换现象,并且转换模式能量百分比随裂纹深度的增加而线性增加。其结果为Lamb波评价板状结构中的裂纹状况提供了一种可能的方法。     

套管中模式波的响应特征*

在固井质量评价中主要利用套管中模式波的幅度或衰减变化反映水泥的胶结状况,不同测井仪器在套管中激发的模式波的类型不同,研究套管中各模式波的传播特征和影响因素可充分挖掘测量数据的潜在应用价值。CBL和SBT等测井仪器在套管中主要激发拉伸波,类同于平板中的零阶对称Lamb波,水泥环封隔测井仪器的斜入射模式在套管中主要激发套管弯曲波,类同于平板中的零阶反对称Lamb波,垂直入射模式激发套管共振波,类同于平板中的高阶对称Lamb波。该文重点分析了这些模式波的衰减特征及其对微环的响应,套管弯曲波在套后耦合轻质水泥时对微环不敏感,但在套后耦合常规水泥或重水泥时,其衰减明显高于胶结良好的状况;拉伸波对微环的存在最为敏感;套管共振波对微环不敏感。     

单向声传播结构研究

受到电子二极管整流效应的启发,对单向声传播结构展开了一系列的理论与实验研究：将超晶格结构与非线性声学材料组合构成了可实现声整流效应的声二极管结构;通过将反对称弹性结构引入到复合结构板来产生Lamb波的不对称模式转化,设计了可实现Lamb波单向传播的线性声学结构;基于声子晶体的部分禁带特性,在有限尺度声学系统中设计并实现了单向声学波导结构;设计并实现了由纯板与声栅构成的声单向传播结构,具有小尺寸与高效率的特点,且声波出射角度可调;基于声学梯度材料设计了可在极宽频带内实现不对称声传播的声学结构。     

铌锌酸铅-钛酸铅薄层中Lamb波模式的交叉特性

以[001]_c和[011]_c极化的铌锌酸铅-钛酸铅晶体为研究对象, 利用子波理论对其无限大自由薄层中传播的Lamb波的色散及模式交叉特性进行了研究. 发现只有[001]_c极化的晶体中的对称与反对称模式Lamb波之间出现了多次交叉, 并且变化规律与铌镁酸铅-钛酸铅的情形相同. Lamb波的A₀和S₀模式的交叉是由准纵向剪切波慢度曲线的多值关系引起的, 此时其x₃方向的波数在一定范围内存在一对非纯虚数的复共轭根. 利用此结论推导出A₀和S₀模式交叉时弹性常数需要满足的条件, 为判断正交、四方对称性晶体中Lamb波的A₀和S₀模式是否交叉提供了一种直观、简便的方法.