固体板中SH板波非线性效应的实验观察

采用微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上简要分析了SH板波的二次谐波发生效应;尽管在无限大固体介质中单个切变波的二次谐波发生效应非常微弱,但在一定条件下由两个切变波构成的SH板波可具有强烈的非线性效应;本文的主要工作就是对此结论加以实验验证。试制了激发SH板波的切变波斜劈换能器和接收二次谐波信号的液体斜劈换能器,建立了非线性SH板波的实验研究系统;通过详细的理论分析和对比实验研究,阐明了在一定条件下实验观察到的显著二次谐波信号来源于SH板波传播过程中的强烈非线性效应。此外,针对不同的SH板波传播距离,在远场条件下分别测量了相应的二次谐波幅频曲线;在基频SH板波与二倍频对称兰姆波相速度相等所对应的频率值附近,分析了二次谐波的振幅随传播距离的变化关系,结果证明在一定条件下SH板波的二次谐波振幅可随传播距离积累增长,即SH板波可具有强烈的非线性效应。      

有限声束的二阶积累声场研究

将有限声束分解为一系列平面波,结合声非线性相互作用理论,对有限声束的二阶积累声场进行了分析和计算。结果表明,任意两个平面波相互作用不产生二阶积累波,伴随有限声束传播所发生的二阶积累波仅是各个平面波非线性自作用的结果。此外,本文还得到了具有直观物理意义的有限声束二阶积累声场的表达式。     

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     

金属薄板中Lamb波波速与静应力关系的理论研究

本研究基于各向同性金属材料在静压力作用下产生各向异性的事实,从固体中超声波的非线性理论出发,得到了在一定应力下固体的等效的二阶弹性常数,再利用各向异性板中的Lamb波理论推得了在静应力作用下与应力平行和垂直方向的Lamb波的频散方程,讨论了金属薄板中Lamb波波速与静应力的关系。     

一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性

设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构, 该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成. 由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用, 这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带); 带隙频率范围内的板弯曲波会被禁止传播, 利用带隙可以实现对薄板的多个目标频率处低频减振. 本文针对这种局域共振型板结构进行了简化, 并基于平面波展开法建立了其弯曲波带隙计算理论模型; 基于该模型, 结合具体算例进行了带隙特性理论分析. 设计、制备了一种存在两个低频弯曲波带隙的局域共振型板结构样件, 通过激光扫描测振仪测试证实该结构存在两个低频带隙, 在带隙频率范围的板弯曲振动被显著衰减.     

有流存在时三层流体界面波的二阶Stokes波解

以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了有背景流场存在时密度三层成层状态下的界面内波，得到了各层流体速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes波解，并讨论了界面波的Kelvin-Helmholtz不稳定性.结果表明：有流存在的情况下三层密度成层流体界面内波的一阶渐近解(线性波解)、频散关系及二阶渐近解不仅依赖于各层流体的厚度和密度，也依赖于各层流体的背景流场；界面内波波面位移的二阶Stokes波解不仅描述了界面波之间的二阶非线性相互作用，也描述了背景流与界面波之间的二阶非线性相互作用；当每层流 关键词： 界面波 均匀流 二阶Stokes波解 Kelvin-Helmholtz不稳定性     

固体滑移界面的超声评价

为评价固体滑移界面的特性,根据QSM界面模型和粘滞流体的本构方程导出了滑移界面的界面劲度系数及垂直入射到固体滑移界面的超声纵波和SH波的反射系数公式,其中纵波的反射系数与滑移界面层的绝热体积弹性模量、粘滞系数和入射声波的频率有关,而SH波的反射系数与界面层的绝热体积弹性模量和入射波的频率无关。因此,可以用SH波直接评价界面的不同粘滞状态,且不受检测频率的限制。要评价界面的绝热体积弹性模量,则必须增加纵波检测。利用蜂蜜和水模拟不同滑移界面层的声波反射实验验证了上述理论结果。     

兰姆波非线性效应的实验观察(Ⅱ)

基于Ritec-SNAP系统对固体板中传播的兰姆波的非线性效应进行了实验观察。根据导波的模式展开分析方法和兰姆波的频散曲线,简述了兰姆波的积累二次谐波发生条件。采用一定倾角的斜劈换能器在固体板表面激发和接收兰姆波的基波和二次谐波时域信号,阐述了兰姆波的基波、二次谐波时域脉冲包络的积分振幅的物理意义,在固体板表面分别测量了不同传播距离的兰姆波的基波、二次谐波的幅频曲线。在兰姆波具有非线性效应的频率值附近,分析了兰姆波的二次谐波振幅随传播距离的变化关系。实验结果进一步证明了兰姆波在一定条件下具有强烈的非线性效应,其二次谐波表现出随传播距离积累增长的性质。     

固-固无限周期声子晶体中SH波全反射隧穿的谐振理论

利用边界条件推导出SH波在一维固-固声子晶体中的转移矩阵, 得出一维固-固无限周期声子晶体中SH波的色散关系. 通过建立一维固-固无限周期声子晶体的谐振腔模型并利 用共振条件得出SH波的全反射隧穿的波长公式. 利用波长公式研究了SH波全反射隧穿的波长变化规律, 其结果与色散法一致. 解释了一维固-固无限周期声子晶体中SH波的全反射隧穿效应产生的原因. 关键词： 声子晶体 SH波 全反射隧穿 谐振理论     

一种定征固体板表面性质的兰姆波方法

基于Ritec-SNAP系统建立了兰姆波实验系统，分析了用兰姆波幅频特性定征固体板表面性质的可行性。实验结果表明，用高阶、多模兰姆波的幅频特性可准确定征固体板表面性质的变化。     

斜入射SH波厚壁管道内壁裂纹检测方法研究

厚壁管道常被用于军事装备及其他流程工业中，长期使用后内壁会产生较多微裂纹，成为影响构件安全运行的重大隐患。为此，本文针对厚壁管道内壁裂纹难以检测的问题，提出基于斜入射SH(Shear Horizontal)波的厚壁管道检测方法，对厚壁管道内壁不同深度的裂纹进行检测。本文首先对斜入射SH波的激励原理进行分析，建立声场模型优选激励频率，研究斜入射SH波与厚壁管道内壁裂纹径向深度的作用规律，并通过实验对仿真结果进行验证。研究结果表明，斜入射SH波对该型管道最佳检测频率为1MHz；随着裂纹径向深度增加，缺陷回波幅值呈现曲折型上升；斜入射SH波可有效对厚壁管道内壁轴向长8mm，径向深1mm和周向宽1mm的微裂纹进行检测，验证了斜入射SH波厚壁管道内壁裂纹检测方法的科学性和可行性。     

三层流体界面内波的二阶Stokes解

以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了三层密度成层状态下的界面内波，求得了三层成层状态下各层速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes解.结果表明：一阶解为正弦波解，与传统线性理论的结果相一致；二阶解描述了界面波的二阶非线性修正及两界面波之间的非线性相互作用；一阶解及二阶解都依赖于各层流体的厚度及密度.Umeyama导出的理论结果为本文的特殊情形. 关键词： 三层密度成层流体 内波 二阶Stokes解 小振幅波理论     

双折射滤光片的色散特性研究

研究了由理想线偏振片和单轴双折射晶体波片组成的双折射滤光片倾斜放置时的二阶色散和 三阶色散特性，包括波片厚度、光线入射角和光轴旋转角的变化对二阶和三阶色散的影响. 还给出了双折射滤光片的群延迟表达式，并就色散特性与GT干涉仪进行了详细比较. 关键词： 双折射滤光片 群延迟 二阶色散 三阶色散     

具有能量输入/输出的固体层中孤立波的传播及相互作用特性

首先利用直接微扰方法,确定了孤立波的放大或衰减与孤立波的初始幅度以及介质的结构参数之间的关系.然后利用线性化技术构造出一种四阶精度的差分格式,并对孤立波在细观结构固体层中传播及不同幅度的孤立波的相互作用进行了数值模拟,从而得到在适当条件下细观结构固体层中孤立波传播时可以衰减、放大也可以稳定传播,且相互作用不影响它们这种传播特性.     

爆炸载荷下V型泡沫铝夹芯板的动态响应

基于三维非线性LS-DYNA程序,采用动态显式算法对爆炸载荷下V型夹芯板和平板的动态响应进行数值模拟,得出了不同工况下V型板和平板的面板挠度、芯层压缩量及其吸收的能量。结果表明:与平板相比,V型板具有更加优越的防爆性能。当V型板的面板厚度一定时,上面板挠度、芯层的压缩量及其吸收的能量随着V型板夹角的增大而增大;当V型板夹角一定时,上面板挠度、芯层的压缩量及其吸收的能量随着面板厚度的增大而减小。该结果可以为汽车底板防护和其他防爆设计提供参考。     

基于周向SH0导波的管道轴向缺陷定量表征*

随着管道服役时间的增加，其损伤逐渐累积，最终导致泄漏或爆炸事故。引入导波在线监测管道损伤是确保其安全运行的重要保障。周向零阶水平剪切(CSH0)波具有不易频散、对管道轴向缺陷敏感等优秀特性，非常适用于管道轴向缺陷的定量表征。该文 基于周向SH0导波在管道的传播特性，通过有限元模拟和试验对管道周向SH0模态导波与轴向缺陷的定量关系展开研究。结果表明：管道曲率半径越大，周向SH0模态的传播特性越接近板中SH0模态的传播特性；导波信号的反射系数和透射系数对轴向缺陷的长度和深度均呈现单调变化。依此建立了缺陷定量表征的关系云图，可用于评估缺陷尺寸。     

再谈尼科耳棱镜中e光的传播

从ｅ光波的波法线分析着手，导出确定ｅ光波的波法线，波射线方向的表达式，论述了ｅ光波在尼科耳棱镜内加拿大树胶层的发生全反射的条件，并给出定量结果。     

冲击压缩下非均质脆性固体的弛豫破坏研究

通过平板冲击实验研究了富含微缺陷的非均质脆性固体的冲击压缩响应特性.选取“强角闪石化橄榄二辉岩”作为样品材料，利用激光速度干涉仪测量样品后自由面的速度历史，在冲击加载应力远低于样品材料Hugoniot弹性极限的条件下，观测到了表征破坏波出现的再加载信号，并且该破坏波的速度远大于玻璃中破坏波的速度，以接近于冲击波的速度在样品内向前传播，其形成机理与玻璃样品中的破坏机理不同，称之为“就位扩展机理”.采用同一冲击加载应力(～3.9GPa)作用于不同厚度的样品,获得了破坏波穿过样品的运动过程，确定出样品中破坏波的轨迹线近似为一条不过原点的直线，相应的产生此破坏波的弛豫时间约为0.5 μs.     

各向异性固体板中的非线性超声导波

将超声导波的非线性视为线性波动响应的一个二阶微扰,采用二阶微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上研究了各向异性固体板中超声导波的二次谐波发生效应,给出了超声导波二次谐波声场的一般形式解.板材的各向异性可从多个方面对二次谐波发生效应产生影响,尤其是板材各向异性引起的导波模式相速度的改变,可显著地影响到构成导波二次谐波声场的二倍频导波模式随传播距离的积累增长程度.根据理论分析和数值计算结果可知,在不同传播方向上超声导波的非线性效应存在较显著的差异,伴随基频导波模式的传播所发生的二次谐波对固体板材的各向异性表现出更为敏感的性质,这一结果可为准确定征板材的弹性各向异性提供一种理论依据.     

分层固体板中导波的激发与频散特性

针对无限大弹性分层固体板,研究了结构中导波的频散和激发特性。首先使用传递矩阵法推导分层板模型中导波的频散方程,然后用二分法求取导波各模式的频散曲线,进而分析结构中导波的频散特性。结果表明:在速度递增或递减的分层板中,基阶模式和高阶模式的高频极限分别等于低速层的瑞利波速和横波波速。对于含低速夹层的分层板,所有模式的高频极限都等于低速层的横波速度。在导波激发特性方面,研究了在具有一定宽度的法向力源作用下的分层板中导波各模式在结构中的法向位移谱。发现在速度递增的分层板结构中基阶模式是主导模式,而对于速度递减和含低速夹层模型,主导模式在不同的频段范围内对应不同的导波模式。