黏弹介质包裹的充液管道中低频轴对称波传播特性

研究埋地充液管道中低频轴对称波传播特性。将土壤考虑为黏弹介质,结合Kennard薄壳方程和Kelvin-Voigt线性黏弹性模型,引入土壤载荷矩阵,推导出土-管滑移情形下流体主导波和管壁压缩波的相速度表达式。通过数值模拟计算得到流体主导波和管壁压缩波的频散和衰减曲线并进行可靠性验证,分析两种波引起的管壁径向位移之比,讨论厚径比和品质因子对流体主导波传播的影响。结果表明,黏弹介质对流体主导波和管壁压缩波的相速度影响较小,但对衰减影响较大;流体主导波对管壁径向位移有较大的影响,是泄露噪声传播的主要载体;厚径比越大,流体主导波的相速度越大,衰减越小;而品质因子越大,流体主导波的频散和衰减都越小。研究结果可为埋地充液管道的泄漏检测提供一定的理论参考。      

无限流体中孔隙介质圆柱周向导波的传播特性

为研究无限大流体约束的孔隙圆柱中周向导波的传播规律,分析孔隙参数对导波传播特性的影响,建立了无限流体中孔隙介质圆柱的理论模型,利用孔隙介质弹性波动理论,建立了周向导波频散方程,通过数值模拟计算得到无限流体中孔隙介质圆柱的频散曲线,探讨了圆柱半径和孔隙参数对导波传播特性的影响,并对导波的衰减特性进行了分析;通过数值计算,得到了周向导波的时域波形,讨论了孔隙参数对波形的影响.结果表明,孔隙介质圆柱半径的改变影响圆柱尺度,孔隙度的改变影响孔隙介质中体声波的波速,都对周向导波频散曲线产生一定的影响,所得到的频散曲线特征及衰减曲线与时域波形吻合.研究结果对开展无限流体中孔隙介质圆柱的超声无损评价提供了一定的理论参考.     

充水粘弹性管道的频散曲线计算分析*

针对谱方法分析计算充水粘弹性管道的广义特征值问题,根据Chebyshev多项式及微分矩阵、位移和应力连续条件,将波动方程离散为相应的线性方程。利用MATLAB数值编程计算充水弹性和粘弹性管道对应频率下的轴对称纵向导波频散曲线和衰减曲线。分析表明,波传播在粘弹性管道中不仅具有衰减特性,而且由于水和粘弹性壳体交叉耦合作用,在一定频率范围内产生两种截断模态。     

流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性

研究流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性,分析孔隙介质孔隙率等参数对频散曲线的影响。理论上建立了无限大流体包裹孔隙介质圆柱界面波的模型,利用孔隙介质弹性波动理论,通过数值模拟计算得到流体-孔隙介质圆柱的频散曲线及时域波形,并分析了孔隙介质为开孔和闭孔状态下孔隙介质圆柱半径、孔隙率及渗透率对频散曲线的影响。结果表明,时域上斯通利波可以被明显区分开,孔隙介质圆柱半径的变化改变了圆柱尺度,孔隙率的变化改变了孔隙介质的纵、横波波速,因此对于斯通利波频散曲线的影响较大。而渗透率的变化既不改变圆柱的尺度也不改变孔隙层的纵、横波速度,因此对斯通利波频散曲线影响较小。      

介观非均匀双相介质中局域流对弹性波传播的影响

针对弹性波衰减与速度频散问题，基于Pride和Berryman的介观非均匀双重孔隙介质理论模型，推导一组用位移表示，另一组用位移及孔压表示的全新形式的耦合动力学方程组，并基于双孔介质模型，推导出弹性波的相速度与逆品质因子的解析式，重点讨论介观尺度下的局域流动对弹性波传播特性的影响.数值算例表明：快波的速度随着频率的增加而迅速增加，且介观流动损失比Biot损失至少高一个数量级；同时局域流对慢波也有着不同程度的影响.证实了局域流是波能损失和相速度频散的主要因素.     

被孔隙介质约束的弹性杆中的导波*

为了研究导波在被孔隙介质约束的弹性杆结构中的传播规律,分析孔隙参数对导波传播特性的影响,本文建立了无限大孔隙介质包裹圆柱体的理论模型,利用孔隙介质弹性波动理论,分析了导波的频散曲线,以及圆柱半径和孔隙参数对于导波传播特性的影响。结果表明,在该结构中传播的纵向导波存在频散特性。内部圆柱半径的改变影响波导结构,从而影响导波传播。外部孔隙介质的渗透率对于导波频散的影响较小,孔隙度的改变影响孔隙介质体波波速,从而影响导波频散曲线的截止频率。同时,导波存在较小的衰减,且衰减随孔隙度增大而增大。这些结果对于后续开展无限大介质包裹弹性杆结构的超声无损评价提供了一定的理论参考。     

充水黏弹性管道的频散曲线计算分析

针对谱方法分析计算充水黏弹性管道的广义特征值问题,根据Chebyshev多项式及微分矩阵、位移和应力连续条件,将波动方程离散为相应的线性方程。利用MATLAB数值编程计算充水弹性和黏弹性管道对应频率下的轴对称纵向导波频散曲线和衰减曲线。分析表明,波在黏弹性管道中传播不仅具有衰减特性,而且由于水和黏弹性壳体交叉耦合作用,在一定频率范围内产生两种截断模态。     

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低, (3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。     

平面声波斜入射到水中无限长圆柱壳体的纯弹性共振散射

斜入射情况下水中弹性圆柱壳体的共振声散射问题至今还很少被研究。本文导出了平面声波斜入射时水中无限长圆柱壳体纯弹性共振散射函数的简单而明显的表达式。针对中空铝圆柱壳体（ｂ／ａ＝０．８）详细计算了不同入射角时纯弹性共振散射的分波共振谱，同时还给出了远场反向散射形态函数及其刚硬背景隔离，发现形态函数受吻合频率的影响很大。文中详细计算了斜入射时无固次复频率平面上的共振复极点分布，并由此计算了不同入射角时各阶共振模式，特别是附加共振模式所对应螺旋环绕波的相速度频散曲线。这些结果十分有助于认识声波斜入射下圆柱壳体的共振和再辐射的物理本质。     

激光激发粘弹表面波特性分析

研究了粘弹Rayleigh波的传播特性。基于基本粘弹理论,推导出了粘弹Rayleigh波频散方程及位移表述式,探讨了粘弹模量对波频散特性及衰减特性的影响。发现在小粘滞的情况下,粘弹对相速度的影响不大,波的衰减和粘滞模量近似成正比,同样量级的体变粘滞引起的频散及衰减比切变粘滞要小很多。数值上还计算了粘弹Rayleigh瞬态波形,计算结果与理论预言一致。     

曲线坐标系下孔隙介质圆柱纵向表面波的传播特性

为了研究孔隙介质圆柱纵向表面波的传播规律,分析其频散和衰减特性,在正交曲线坐标系下建立了表面波的频散方程,通过数值计算得到频散曲线,将纵向导波最低模态与表面波进行对比,并分析了曲率半径及孔隙参数对表面波频散和衰减的影响。结果表明,当频率足够大时,导波最低模态的频散曲线与表面波近似;在同一频率下,表面波的相速度随曲率半径的增大而增大,随孔隙度的增大而减小;表面波的衰减随孔隙度的增大而增大。研究结果为开展孔隙介质圆柱结构的超声无损评价提供了一定的理论参考。     

弯曲模式声波在充液井孔中的传播

本文由波动方程讨论了充液井孔中,弯曲模式声波在弹性和非弹性、无限大井壁介质以及有限大井壁介质情况下沿井轴方向的传播。数值计算了它们的相速度频散曲线和井孔的频率响应特性,计算了衰减正弦信号在井孔中激励的波形。利用PZT压电晶片的弯曲振动模式,制作了偶极子测井换能器,在混凝土浇注的人工模拟井中进行了测试,试验结果与理论计算结果作了对比。     

充粘液管材中超声纵向轴对称导波的频散特性分析

模拟分析充粘液管内径-壁厚比和超声纵向轴对称导波波包宽度的关系。考虑了衰减的情况下,在各传播距离、频厚积和激发脉冲周数上,采用脉冲回波法,分析了导波的频散特性。结果表明:对于特定的材料,当频厚积一定时,充粘液管材中传播的导波特性只与内径-壁厚比有关;各高阶模式的截止频厚积随内径-壁厚比的增大而减小。用L(0,1)模式检测内径-壁厚比在4附近的充粘液管时灵敏度较低;而用L(0,2)模式检测内径-壁厚比在9.2附近的管时灵敏度较低。对于不同内径-壁厚比的充粘液管,检测中应当用不同的纵向轴对称导波模式,所用的激发脉冲周数和频厚积也应当不同。     

充水圆柱壳声散射的环绕波分析

研究了内部充水圆柱壳散射声场的构成。采用弹性薄壳理论和Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法导出散射声场的解析解。数值搜索环绕波的复波数极点,比较圆柱壳体内部真空和内部充水两种情况下表面环绕波的相速度、衰减等性质。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。计算流体附加环绕波的回波时序并与实验数据对照。结果表明,流体附加环绕波的再辐射是内部充水圆柱壳的形态函数出现更加丰富的共振峰和回波结构形成的重要原因。      

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。      

北极冰-水耦合系统中声波传播特性

利用固体和流体介质中波传播理论,导出了冰-水两层复合结构中导波频散方程。进一步,利用二分法对频散方程进行了数值求解,得到了ω-k频散曲线(ω与k分别为圆频率和波数),以及相速度和群速度频散曲线。结果表明:冰-水两层复合结构中导波由具有相同厚度水层和冰层中导波耦合而成,但与水层和冰层中导波频散曲线相比,复合结构中导波频散曲线除第1阶模式外,其余高阶模式均发生了很大变化。从原水层第1阶模式的截止频率开始,复合结构第2阶模式的相速度曲线被压低,各高阶(大于2阶)模式的相速度曲线出现一个跃变点,群速度曲线出现一个极大和一个极小值。水层越厚,复合结构各高阶模式的截止频率越低,相同频带内导波模式越丰富。水层厚度保持不变时,复合结构各阶模式的相速度和群速度曲线均随冰层厚度的增加而向低频方向移动。另外,还进一步分析了冰-水复合结构的导波波结构,发现第1阶导波模式的能量主要集中在冰层内和海表面附近,而2阶以上高阶导波模式的振动位移幅度随深度方向呈现周期性特征,并且模式阶数越高,振动越复杂。      

流体饱和多孔圆柱体的声波散射

依据BiotStoll的流体饱和多孔媒质声传播理论,考虑了流体粘滞和骨架非弹性损耗引起的衰减因素,研究了多孔圆柱体对平面声波的散射特性.计算了在开孔和闭孔状态下多孔圆柱的背向散射形式函数和散射声强的方向分布,以及边界处的力学状况和声传播中的损耗因素对散射特性的影响.利用宽带超声实验系统测量了多孔圆柱的背向散射谱.实验测量结果与理论预计值符合得较好 关键词：     

黏弹性胶粘涂层-基底结构中激光激发类瑞利波的传播特性

研究黏弹性胶粘涂层/基底结构中激光激发类瑞利波的传播特性。考虑涂层及基底的黏弹性,在频域中建立环氧树脂涂层/铝基底、环氧树脂涂层/铜基底、环氧树脂涂层/泡沫基底等结构中激光激发类瑞利波的有限元数值模型,研究类瑞利波的波形及传播特性,并分析环氧树脂涂层的透明性、厚度、黏性与基底的黏性对类瑞利波传播特性的影响,在此基础上,结合理论计算的色散与衰减曲线进行验证。研究结果表明,涂层的黏性引起类瑞利波高频成分的衰减,而对低频成分没有影响;基底的黏性对类瑞利波的高频与低频成分的衰减均有影响,其中对低频成分影响较大,此外,类瑞利波的模式及频散特性与基底材料密切相关。本研究为反演黏弹性胶粘涂层/基底结构的力学参数及评估结构的粘接质量提供理论指导。      

黏弹性胶粘涂层-基底结构中激光激发类瑞利波的传播特性

研究黏弹性胶粘涂层/基底结构中激光激发类瑞利波的传播特性。考虑涂层及基底的黏弹性,在频域中建立环氧树脂涂层/铝基底、环氧树脂涂层/铜基底、环氧树脂涂层/泡沫基底等结构中激光激发类瑞利波的有限元数值模型,研究类瑞利波的波形及传播特性,并分析环氧树脂涂层的透明性、厚度、黏性与基底的黏性对类瑞利波传播特性的影响,在此基础上,结合理论计算的色散与衰减曲线进行验证。研究结果表明,涂层的黏性引起类瑞利波高频成分的衰减,而对低频成分没有影响;基底的黏性对类瑞利波的高频与低频成分的衰减均有影响,其中对低频成分影响较大,此外,类瑞利波的模式及频散特性与基底材料密切相关。本研究为反演黏弹性胶粘涂层/基底结构的力学参数及评估结构的粘接质量提供理论指导。     

利用井中偶极弯曲波反演渗透率的影响因素及灵敏度分析

本文以各向同性饱和流体孔隙介质充液井孔中声场传播理论为基础,系统考察了影响偶极弯曲波特征的主要因素,分析了快慢地层条件下弯曲波衰减和速度对不同参数的敏感度,对比结果表明,弯曲波的速度基本不受地层渗透率的影响,其衰减对渗透率的敏感性要远高于速度。弯曲波中心频率会随着波的衰减而发生偏移,说明利用弯曲波衰减和频移特征联合反演地层渗透率是可行的。通过对比快慢地层下的弯曲波衰减和速度灵敏度曲线,发现在慢速地层中反演渗透率的结果要好于快速地层。同时,本文也指出在低孔低渗储层中,还可以考虑利用弯曲波衰减识别气层。