连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题. 在 Boussinesq近似下,基于分离变量法,导出了具有自由面的平面前进波的色散关系,建立 了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法. 对给定的频率,当它大 于浮力频率时,流场中只有一种模态的平面前进波,当它小于浮力频率时,流场 中有无数多个模态的平面前进波,并证明了对每一种模态的入射波,其它每个模态水波的反射与透射能量是 相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量,以及作用在薄板上的水平波浪力 进行了数值计算分析,表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视 的. 特别地,在入射波频率小于浮力频率时,与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产 生的水平波浪力相比,其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得 多.     

损伤层对弹性波的反射与透射

本文研究了具有随机分布币形裂纹的损伤层对弹性波的反射与透射。分析了低频及裂纹密度不太高时损伤层的损伤状态对反射波与透射波的影响,为定量无损检测技术提供了一个简单的理论模型。     

分层流体中内孤立波在台阶上的反射和透射

基于匹配渐近展开和格林函数的方法,研究了两层流体系统中内孤立波在台阶地形上透射、 反射及其分裂的演化特征. 通过保角变换和求解奇异Fredholm积分方程,获得了反映地形 效应对Boussinesq方程影响的约化边界条件,藉此建立了KdV演化方程的``初值'问题, 根据散射反演理论获得了反射波和透射波的解析表达式. 分析结果表明：上下流体层的厚度 比、密度比以及台阶高度对于反射和透射波振幅及其分裂具有显著的影响. 尤其当上层流体 厚度小于下层厚度时,由于存在临界点,在其附近反射波的幅值随台阶高度的演化由单调增 变为单调减,透射波的幅值由单调减变为单调增;上台阶的反射波与入射波反相,其最大幅 值可达到入射波的数倍;此外,下台阶反射波也可发展为单支孤立波,它区别于单层流体中 反射波仅为衰减的振荡波列.     

一种可以计算声波的反射和透射的层合板模型

本文给出一种层合板的模型,可以用来同时计算声波在层合板上的反射与透射,并且是严格满足层间位移和横向剪应力连续条件,然后给出一系列数值例子,与相应的准确解比较。以及说明在不同情况下声反射和透射的一些特点。     

声波在无限大多层板上的反射和透射的准确解

1、基于三维弹性理论的准确解本文中我们仅考虑这样的多层板,板内任何一点,都有一个与板面平行的材料特性对称面(z=常数)。(1).各向异性介质中波的传播利用文[1]中记号,弹性力学波动方程(无体力)为     

波在双孔隙与单孔隙介质界面上的反射与透射

基于Biot理论和双重孔隙介质理论研究了弹性波在双重孔隙介质与流体饱和单一孔隙介质界面的反射和透射问题,在界面上假定裂缝孔隙流体相对于固体骨架的位移为零,推导了反射系数和透射系数的计算公式,数值讨论了反射系数和透射系数随入射角和频率的变化关系. 同时,讨论了双重孔隙介质中3种压缩波(P-1, P-2和P-3波)和一种剪切波(S波)的频散和衰减特性.     

两相介质中波在平面界面上的反射

借助Ｂｉｏｔ多孔介质中的波动方程,根据各种界面条件导出了波在两相介质各种界面上反射的一般计算公式。作为例子,数值计算了Ｐ１波入射于几种典型界面时,Ｐ１、Ｐ２和Ｓ波的反射系数与频率、入射角之间的关系。结果表明：各种波的反射系数与入射角、频率有关系,若把多孔介质当作单相均一固体处理,将会得到显著不同的结果。     

冲击波在水土交界面透射和反射压力的计算

冲击波在水土交界面的透射、反射压力计算尚缺乏可靠的计算理论,利用质量守恒方程、动量守恒方程以及水、土的状态方程,分别推导得到冲击波在水、土介质中传播的Hugoniot关系以及p-u曲线,进而从理论上解析得到冲击波在水土交界面处的透射和反射压力。分别建立了水中自由场、水-土分层介质场的二维数值计算模型,其中水、土参数与理论推导时采用的三相介质饱和土计算模型中的参数保持一致。计算结果表明,水土交界面透射、反射压力的理论解与数值解具有高度的一致性。采用80 g TNT炸药,距离水土交界面0.1～0.9 m（比例爆距为0.232～2.089 m/kg^1/3）爆炸时,得到的透射、反射压力的理论解与数值解误差均小于7%,根据解析解得出反射压力与水中入射压力之比,反射压力系数在1.6～1.8范围内;距离水土交界面0.5 m时,饱和土的含气量在0～10%范围内变化,得到的透射、反射压力的范围为63.8～70.0 MPa,此时其反射压力系数在1.55～1.70范围内。推导得出的冲击波在水土交界面透射、反射压力的计算方法,物理意义明确、计算精度高,可为开展水下爆炸对水底土中工程结构的毁伤评估提供理论基础。     

分层流体中混合流体团运动生成内波的研究现状

本文综述了分层流体中混合流体团运动生成内波的研究进展状况,系统地介绍了它的应用背景、实验和理论结果以及有待进一步研究的问题。     

具有小密度差的两层流体中运动点源的二阶内波解

在具有自由面的两层流体中,运动点源生成的Kelvin船波存在两种模式,即表面波模式和内波模式.当上、下层流体密度比趋于1时,由内波模式计算的界面波幅趋于无穷大,这与实验事实相违背.为克服此困难,在自由面和界面作小波幅运动的假设,引入一个小密度差参数.研究了运动点源在无粘、不可压且具有小密度差的两层有限深流体中生成的高阶波动.首先利用摄动方法推导了各阶小参数满足的边值问题;其次,给出了小密度差情形下的可解性条件,证明了在密度比趋于1的极限情形,不存在导致界面波幅无穷大的内波模式;最后,利用Phillips的非线性共振相互作用理论,构造了具有自由面的两层有限深流体中Kelvin船波系的二阶一致有效波动解,并证明了该解在深水情形下退化为Newman关于均匀流体中自由面的二阶波动解.     

圆柱型结构内孤立波载荷实验及其理论模型

在大型重力式密度分层水槽中, 对内孤立波与圆柱型结构的相互作用特性开展了系列实验. 基于两层流体中 内孤立波的KdV,eKdV和MCC理论, 建立了圆柱型结构内孤立波载荷的理论预报模型, 给出了该载荷理论预报模型中3类内孤立波理论的适用性条件.研究表明, 圆柱型结构内孤立波水平载荷包括水平Froude-Krylov力、附加质量力和拖曳力3个部分, 可以由Morison公式计算, 而内孤立波垂向载荷主要为垂向Froude-Krylov力, 可以由内孤立波诱导动压力计算.系列实验结果表明, 附加质量系数可以取为常数1.0, 拖曳力系数与内孤立波诱导速度场的雷诺数之间为指数函数关系, 而且基于理论预报模型的数值结果与系列实验结果吻合.     

Surface effects of internal wave generated by a moving source in a two-layer fluid of finite depth

IntroductionInternalwaves,whichcanbeexcitedbymanykindsofdisturbancesfromthesurface,bottomorinteriorofastratifiedocean ,suchasthewindstrain ,theflowoverunevenbottomsandthemovingbodyatthesurfaceorunderwater,areremarkablyobviousasthereexistsapycnoclineorathermoclineintheocean[1,2 ] .ThepropagationofgravitysurfacewaveindeepwatergeneratedbyasteadilymovingdisturbanceisrestrictedinaV_shapedregionwithahalfangleθc =19.5°,whichiswell_knownKelvinshipwave[3 ] .Thewaveinducedbyamovingunderwaterobjectisa…     

Spurious numerical refraction

The purpose of this paper is to investigate the effect of a non-uniform mesh in two dimensions (2D). A change in mesh size will, in general, result in spurious refraction (and reflection) which is entirely numerical (rather than physical) in origin. To facilitate the analysis, the mesh geometry has been highly simplified in that only a single change in mesh size is considered. The analysis is based on a finite element wave model. The domain consists of two conterminous regions discernible only by their different nodal spacings in the x-direction. The interface between the two regions is internal to the mesh and is a straight line. The model is based upon the Crank-Nicolson linear finite element scheme applied to the second order wave equation. The results of the analysis are confirmed by numerical experiments. It is shown that under particular numerical conditions total internal reflection may occur and when this is the case, the transmitted wave is evanescent. An analysis of the energy flux associated with the incident, reflected and trasmitted waves shows that energy is conserved across the interface between the two regions.     

The effect of porosity on shock interaction with a rigid, porous barrier

This work investigates the pressure amplification experienced behind a rigid, porous barrier that is exposed to a planar shock. Numerical simulations are performed in two dimensions using the full Navier–Stokes equations for a M = 1.3 incoming shock wave. An array of cylinders is positioned at some distance from a solid wall and the shock wave is allowed to propagate past the barrier and reflect off the wall. Pressure at the wall is recorded and the flowfield is examined using numerical schlieren images. This work is intended to provide insight into the interaction of a shock wave with a cloth barrier shielding a solid boundary, and therefore the Reynolds number is small (i.e., Re = 500 to 2000). Additionally, the effect of porosity of the barrier is examined. While the pressure plots display no distinct trend based on Reynolds number, the porosity has a marked effect on the flowfield structure and endwall pressure, with the pressure increasing as porosity decreases until a maximum value is reached.      

简化Holmboe分层流体密度剖面的形成及其内波实验

本研究在内波水槽中形成了具备Ｈｏｌｍｂｏｅ模式基本特征的密度剖面,在此流场中成功地进行了第一模态单板造波内波实验,并进而对半板造波的方案给予了分析和检验。     

阶梯压电层合梁的波动动力学特性

采用行波理论系统地研究了压电阶梯梁的自由振动分析以及强迫响应的分析方法. 基于分布参数理论研究了压电阶梯梁的波传播特性,忽略柔性梁横向剪切和转动惯量的影响,给出了梁的轴向和横向的简谐波解. 将压电阶梯梁离散化为单元,考虑压电片的刚度和质量的影响,建立了节点散射模型. 应用位移连续和力平衡条件,推导了节点的波反射和波传递矩阵,在此基础上,引入波循环矩阵的概念,给出波循环矩阵、波传递系数矩阵的确定方法. 应用波循环矩阵可以有效地计算结构的固有频率. 另外,应用波传递系数研究了压电陶瓷作动器位置对其驱动能力的影响. 得出两个主要结论：1)作动器靠近悬臂梁固定端将有较强的驱动能力,悬臂梁边界反射行波产生弯曲消失波有利于增大压电波的模态传递系数;2)模态传递系数与固有频率的灵敏度密切相关,波传递系数越大, 对应该处固有频率变化灵敏度越大.另外,数值算例表明了行波方法比有限元方法具有更高的计算精度.