圆管超声导波频散与多模态特性

超声导波检测技术作为一种新兴的无损检测技术广泛应用于圆管类结构。为选择合适于不同缺陷检测的导波模态,推导分析了圆管导波传播的运动方程和频散方程;利用数值计算的方法得到了超声导波在圆管中传播的频散曲线和各模态沿壁厚方向的位移分布图,分析得出各个模态对不同缺陷的敏感程度;以一种特定的圆管为例,建立圆管缺陷有限元模型,对不同类型圆管缺陷对导波传播特性的影响进行仿真计算。结果表明,纵向模态对周向缺陷比较敏感,而扭转模态则对轴向缺陷更敏感,仿真结果与理论分析结果相吻合,为圆管缺陷检测的超声导波模态选择提供了理论依据。     

小波时-频变换的高强钢丝弹性波传播模态分析

超声导波是近年来桥梁拉索无损检测研究的重要方法之一。针对弹性波在高强钢丝介质中传播的多模态频散问题,采用单点时域波形的小波时频变换进行混叠信号的模态识别分离。通过数值求解Pochhammer频率超越方程,计算得到0~1.5 MHz范围内纵向导波模态理论频散曲线;采用有限元模拟半波正弦脉冲激励导波在钢丝中传播过程,由小波时-频变换得到导波模态分布,并进行了不同腐蚀程度钢丝实验对比分析。结果表明,经小波时-频变换得到的第1、2、3阶纵向导波模态与理论值对应吻合,单点时域波形的小波时-频变换结果能够有效识别高强钢丝中的导波模态;钢丝在无腐蚀状态下,一阶纵向导波模态能量占比达57.74%,随腐蚀程度增加,能量更为集中到一阶纵波模态,二阶模态能量逐渐减小。     

管道弯头对低频纵向导波传播特性影响分析

管道弯头显著改变了导波传播特性,影响了对检测信号的解读,研究弯头对导波传播特性的影响是实现复杂管道系统导波检测的基础。采用半解析有限元法计算弯管导波频散曲线,分析了弯管导波频散曲线所呈现的不同特征,并基于弯管导波频散曲线,以低频L(0,1)模态导波为研究对象,实验研究了低频L(0,1)模态导波通过管道弯头时的模态变换特征。研究结果发现,当L(0,1)模态导波通过管道弯头时,不仅会发生L(0,1)到F(1,1)的模态变换,还会模态变换出反向L(0,1)模态导波,即弯头反射现象,且随着激励频率的降低和弯头弯曲半径的减小,弯头反射现象愈发明显。研究结果将深化对弯管导波传播特性的认识,推动导波检测技术在复杂管道系统检测中的应用。      

铝制焊接容器超声导波成像检测

针对中厚板铝制焊接容器的安全评价需要,论文研究了超声导波成像检测技术。通过对铝制焊接容器中不同模态超声导波的频散曲线及波结构分析,选择激励频率为2 MHz的S1模态作为中厚板铝制焊接容器健康监测的导波模态,并研制了适合铝制容器检测的2 MHz/S1模态压电晶片换能器,建立了超声导波成像系统。实验结果表明,该方法仅需经过有限次的扫查,就可以得到容器全壁厚范围内健康信息的超声导波图像,从而清晰地识别容器内的缺陷。该研究为中厚板铝制焊接容器的健康监测提供可行的技术方案。     

管间界面特性对周向超声导波传播特性的影响

采用界面弹簧模型对圆管结构的管间界面特性进行描述, 推导出含弱界面的圆管结构中声波沿周向传播时的位移场及应力场的数学表达式. 在此基础上采用导波的模式展开分析方法, 给出了与管间界面特性及激励源密切相关的周向超声导波模式展开系数的解析表达式. 数值分析了管间界面特性的变化对周向超声导波的频散和声场产生的影响. 理论与数值分析结果表明, 通过选择适当的驱动频率及周向导波模式, 可使周向超声导波的相速度及圆管外表面的位移场随管间界面特性的变化表现出非常敏感且单调的性质. 这一结果有助于采用周向超声导波方法准确定征圆管结构的管间界面特性.     

液态金属快堆主管道中超声导波传播特性研究

讨论了钠冷快堆(Sodium-cooled Fast Reactor,SFR)主管道的整体温度和内部液态金属钠流动速度的变化对管道导波传播特性的影响。推导了充液管道中导波频散方程的一般形式,并给出了管道内液态金属钠处于流动状态下的导波频散方程。采用数值计算方法获得了管内液态金属钠处于不同温度和不同流速时的导波纵向模式频散曲线和导波时域波形。结果表明,温度变化对基阶纵向模式的影响较小,但对高阶纵向模式的影响较大;液态钠流速增大会使导波频散曲线向高频轻微移动,但在实际检测中可以忽路管内液体流动速度的影响。通过对时域接收波形的模拟计算,进一步考察了液态金属钠的温度及流动速度变化对导波传播的影响,并通过对比不同模态的激发特点和不同频段的导波时域波形特点,结合导波频散曲线,给出了适用于SFR管道超声无损检测的导波模态和声源激发频段选择方案。      

超声导波管道缺陷定位方法研究*

本文提出了一种基于多换能器的超声导波管道缺陷定位方法,利用两个环形换能器阵列分别接收与缺陷相关的反射信号和透射信号,实现管道缺陷轴向及周向定位。首先利用变分模态分解法对信号进行滤波,在滤除噪声的基础上对信号进行小波变换,获得缺陷反射的导波时频信息,根据反射波的渡越时间计算缺陷在管道轴向的位置。在缺陷的周向定位上,提出一种损伤指数迭代方法,根据透过缺陷后导波的损伤指数来计算缺陷的周向位置及周向长度。仿真和实验结果表明,本文所采用的方法能够较为准确的测量出管道上缺陷的位置及周向长度。     

钢-混凝土结构弱粘接界面缺陷的超声导波检测*

钢-混凝土结构是土木工程中的一种常用结构形式,钢与混凝土粘接处可能出现弱粘接甚至完全脱粘的缺陷,严重影响结构的安全性。该文提出利用空气耦合超声导波衰减的方法实现钢-混凝土结构粘接状态的非接触无损检测方法,分析不同厚度粘接界面对超声导波衰减的影响。基于全局矩阵技术对钢-混凝土结构求解理论频散方程和衰减曲线,得到界面层不同粘接条件下的理论参数及衰减特性。建立不同粘接条件的有限元模型,定量分析不同模态对粘接缺陷的检测敏感度。研究界面层厚度分别为1 mm和2 mm两种情况下S0能量的衰减情况。研究结果表明:S0模态可有效判断粘接结构的粘接状态,对于同一界面层厚度,随着界面粘接条件变弱,S0最大幅值与A0最大幅值比不断增大;不同厚度同一粘接条件下,2 mm相较于1 mm该值更大。该方法在钢-混凝土结构粘接界面缺陷的检测方面具有良好的应用价值和发展前景。     

超声导波的频散补偿与模式分离算法研究

超声导波已被广泛应用于无损检测与评价,针对超声导波应用中普遍存在的模式混叠与频散问题,本文在采用频谱相位与信号时延函数建模导波频散信号传递系统的基础上,提出了一种单一模式的频散补偿算法。进一步地,通过将选择性频散补偿技术与导波模式分离相结合,本文算法克服了传统补偿算法所不能解决的多模式导波频散问题。板中的Lamb波A0,A1和S0混合模式仿真分析表明,本算法不仅可用于单一导波模式信号合成与频散补偿,而且可在实现多模式混合导波信号选择性频散补偿基础上,解决多模式导波信号中单一模式提取与分离。本文研究有助于超声导波多模式频散信号的分析与处理.      

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。     

“示波器使用”实验测试板设计与制作

利用基本电子元器件和常用普通芯片设计出能产生频率可调方波、三角波、正弦波信号的电路;并制作出PCB板,制成实物供＂示波器使用＂实验使用,即方便了教学,又节约了经费。     

驻波演示仪的制作

针对驻波的运动特点和特殊的运动规律,进行了驻波演示仪的设计和制作,非常直观、形象地表现了驻波的运动规律。本文介绍了驻波演示装叠的原理、制作方法及演示效果。     

Axial time-averaged acoustic radiation force on a cylinder in a nonviscous fluid revisited

Objective

The present research examines the acoustic radiation force of axisymmetric waves incident upon a cylinder of circular surface immersed in a nonviscous fluid. The attempt here is to unify the various treatments of radiation force on a cylinder with arbitrary radius and provide a formulation suitable for any axisymmetric incident wave.

Method and results

Analytical equations are derived for the acoustic scattering field and the axial acoustic radiation force. A general formulation for the radiation force function, which is the radiation force per unit energy density per unit cross-sectional surface, is derived. Specialized forms of the radiation force function are provided for several types of incident waves including plane progressive, plane standing, plane quasi-standing, cylindrical progressive diverging, cylindrical progressive converging and cylindrical standing and quasi-standing diverging waves (with an extension to the case of spherical standing and quasi-standing diverging waves incident upon a sphere).

Significance and some potential applications

This study may be helpful essentially due to its inherent value as a canonical problem in physical acoustics. Potential applications include particle manipulation of cylindrical shaped structures in biomedicine, micro-gravity environments, fluid dynamics properties of cylindrical capillary bridges, and the micro-fabrication of new cylindrical crystals to better control light beams.     

自旋为1的粒子的波动方程

对于把克莱因-戈尔登方程当作是玻色子的波动方程的看法提出了异议.给出了一个自旋为1的粒子的相对论性波动方程,该方程具有8×8矩阵或三级四元数的形式,对时间和空间都是一阶导数的;还给出了该种粒子的一些重要算符.在自由粒子的情况下给出了粒子的平面波解和球面波解.     

Localization properties of bulk-dead and comb magnetostatic modes in Brillouin light scattering spectrum

We show that magnetostatic modes with amplitude localized in different regions of the sample along the direction of the magnetic field occur in ferromagnetic stripes: bulk-dead modes, with amplitude localized in two regions and comb modes localized in its central part. We also demonstrate these localization properties can be studied by Brillouin light scattering techniques and applied in practice. Having established that the localization of these modes varies with their frequency, we use this finding as the basis of a trial reinterpretation of experimental results obtained by Demidov et al. [Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 232503].     

激光衍射法测量液体表面波的波长并确定其属性

设计并搭建了一套简易的激光衍射实验装置,通过该装置作者测量了水的表面波的波长,并确定了水的表面波主要成份是毛细成分。     

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。     

两个驻波能叠加成一个行波

本文利用叠加原理 ,分析两个驻波满足一定条件下能形成一个行波     

纵波和纵驻波演示仪

本文介绍一种设计新颖、结构简单、演示效果真实的纵波和纵驻波演示仪。     

关于球面波波动方程及其通解

本文从普遍的波动方程出发,推导出球面波的波动方程并求得其通解