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。     

兰姆波非线性效应的实验观察

对兰姆波非线性效应进行了实验观察。首先,对实验所采用的Ritec系统进行了介绍,尤其对实验系统的声学部分进行了详细考虑,特别是对二次谐波的时域响应进行了简洁直观的分析。根据兰姆波具有强烈非线性效应的条件,采用斜劈换能器发射和接收兰姆波。改变发射与接收斜劈换能器的间距,对一定频率范围内的兰姆波及二次谐波在固体板表面的振幅进行了测量。在基频与二倍频兰姆波相速度相等所对应的频率附近,分析了二次谐波振幅随传播距离的定量关系,从实验上证实了二次谐波在传播过程中具有积累增长效应的结论。     

固体板中SH型板波的“共振”二次谐波发生

从理论上研究了固体板内SH型板波的“共振”二次谐波发生。结果表明,当固体板内SH型板波的相速等于板材介质的纵波声速时,二阶驱动波表现出沿固体板界面方向积累的性质。根据二阶应力边界条件,确定出了固体板内的二阶积累波。尽管本文不能完全确定出板内的二阶平面波,但文中求得的固体板内伴随SH型板波传播所发生的二阶积累波,仍是具有实际意义的。     

圆管结构中周向导波非线性效应的模式展开分析

在二阶微扰近似条件下, 采用导波模式展开分析方法研究了圆管结构中周向导波的非线性效应. 伴随基频周向导波传播所发生的二次谐波, 可视为由一系列二倍频周向导波模式叠加而成. 从动量定理出发, 结合柱坐标系下非线性应力张量及其散度的数学表达式, 针对圆管中某一基频周向导波模式, 推导出相应的二倍频应力张量及二倍频彻体驱动力的数学表达式, 建立了确定二倍频周向导波模式展开系数的控制方程, 得到了伴随基频周向导波传播所发生的二次谐波声场的形式解. 理论分析和数值计算表明, 当构成二次谐波声场的某一二倍频周向导波模式与基频周向导波的相速度匹配时, 该二倍频周向导波模式的位移振幅表现出随传播周向角积累增长的性质; 当两者的相速度失配时, 二倍频周向导波的振幅随传播周向角表现出“拍”效应.     

弱界面分层结构中的非线性兰姆波

对弱界面分层结构中兰姆波的非线性效应进行了研究。在二阶微扰近似条件下,将兰姆波传播过程中的非线性效应处理成兰姆波线性波动响应的一个二阶微扰。采用界面弹簧模型对分层结构的弱界面性质进行描述。根据模式展开分析方法,伴随基频兰姆波传播所发生的二次谐波可视为由一系列二倍频兰姆波模式叠加而成。弱界面性质的变化将从多个方面对二倍频兰姆波模式的展开系数产生影响,尤其是弱界面性质变化导致的兰姆波相速度的改变可显著地影响到二倍频兰姆波模式随传播距离的积累增长程度。分析结果表明,兰姆波的非线性效应可有效地表征分层结构的弱界面特性。     

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     

双折射吸收非线性介质薄膜中倍频的产生

从二次谐波电场满足的波动方程出发,考虑到介质对二次谐波的吸收以及把完全边界条件应用于基频波和二次谐波在介质的入射面和出射面之间的反射效应,推导出了单光轴非线性薄膜介质中的二次谐波输出功率的计算式.结果表明：当采用复折射率的概念时,可以把非线性无吸收介质的二次谐波输出功率计算式应用到非线性吸收介质二次谐波输出功率计算式中去.     

双折射吸收非线性介质薄膜中倍频的产生

从二次谐波电场满足的波动方程出发,考虑到介质对二次谐波的吸收以及把完全边界条件应用于基频波和二次谐波在介质的入射面和出射面之间的反射效应,推导出了单光轴非线性薄膜介质中的二次谐波输出功率的计算式.结果表明：当采用复折射率的概念时,可以把非线性无吸收介质的二次谐波输出功率计算式应用到非线性吸收介质二次谐波输出功率计算式中去.关键词：非线性倍频二次谐波功率     

各向同性固体界面非线性反射的实验研究

实验测量了SV波入射到玻璃-空气,玻璃-铁、铜、铝界面上时反射的二次谐波SV波,研究了非线性反射效率与入射角以及材料的线性和非线性特性的关系,发现在某些入射角下,反射的二次谐波会有较大的振幅,报道了实验结果并和理论进行了比较。     

基于群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法

考虑到发射和接收换能器对超声兰姆波时域二次谐波信号所带来的不可避免的影响,提出一种基于基频与二倍频兰姆波群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法。当基频与二倍频超声兰姆波的相速度匹配而群速度失配时,在超声兰姆波传播过程中所发生的二次谐波信号,在时域上可与源于斜劈换能器的二次谐波信号相分离。采用仅源自于基频兰姆波的时域二次谐波的积分振幅,定量描述兰姆波二次谐波的发生效率。以铝板中传播的兰姆波为例,给出了时域二次谐波的具体测量过程。本文提出的测量方法放宽了超声兰姆波二次谐波的测量条件,且扣除了换能器对二次谐波信号所带来的影响,所测得的二次谐波信号完全来自于基频兰姆波时域信号的二次谐波发生效应。