在旋转的半无限LiNbO3上传播的声表面波

声表面波(SAW)陀螺具有无源、无线、单层平面结构等优点。以目前国外研究小组所用的铌酸锂为对象，对含陀螺效应的声表面波的波动方程进行求解。用编制的程序进行了数值计算并绘制了基体绕各不同坐标轴旋转时，陀螺效应对铌酸锂表面传播的声表面波速度及对机电耦合系数影响的相关曲线，并对结果进行了分析。     

超声表面波检测金属材料表面应力的实验研究

本文应用声弹性理论研究了表面波在金属材料表面的传播速度和表面应力之间的关系,优化了表面波声弹性公式,建立了应力和表面波相对传播时间差的关系。通过构造实用的微型表面波探头,采用数字相关法计算了不同应力下的表面被传播时间差,确定了A3钢的表面波传播时间差与应力的关系式。同时分析了试件表面粗糙度和平整度对表面波速度变化的影响,最后给出了金属材料在不同表面条件下的实验分析结果。     

声表面波谐振器频率-温度行为分析

声表面波（SAW）器件以其优良的性能广泛应用于雷达、通讯和日常用品等领域。然而，随着器件工作频率的不断升高，温度对器件频率稳定性的影响也越来越严重。因此，研究声表面波器件的温度效应，并在变温情况下保持SAW器件的频率稳定性至关重要。本文采用增量型的拉格朗日方程分析受温度影响的声表面波频率漂移问题。用频率-温度系数（TCF）作为评价频率-温度行为的标准。设计了一个具有温度补偿层的双层SAW谐振器模型，降低了器件的频率-温度系数。通过尺寸优化，LiNbO3-AlN结构的SAW谐振器在25℃（参考温度）下的频率温度系数TCF接近0ppm/℃。SAW谐振器的波长为4μm，谐振频率为1214.9MHz。     

基于光栅式激光超声声谱的残余应变测量方法研究

提出了一种基于光栅激光超声进行残余应变测量的新型非接触超声检测方法。该方法利用光栅激光源激发具有特定波长的窄频带的相干表面波,通过测量表面波声谱的变化实现残余应变的测量。建立了考虑声弹效应的激光超声有限元模型,模拟了光栅激光超声在施加了预应变的介质中产生的相干表面波,研究了表面波中心频率与材料表面残余应变之间的变化关系,考察了该方法的检测能力。模拟结果表明,光栅激光超声产生的表面波(SW)波速与应变的大小呈线性关系;当应变场深度小于波长(0.05mm)时,表面波的中心频率有明显的下降,之后逐渐趋于平缓。最后,利用拉伸试验得到的具有不同残余塑性应变的试件进行实验测试,验证了基于光栅激光超声的残余应变测量方法的有效性。测量结果表明,相干表面波的波速与塑性应变呈线性关系。     

声表面波谐振器频率-温度行为分析

声表面波（SAW）器件以其优良的性能广泛应用于雷达、通讯和日常用品等领域。然而,随着器件工作频率的不断升高,温度对器件频率稳定性的影响也越来越严重。因此,研究声表面波器件的温度效应,并在变温情况下保持SAW器件的频率稳定性至关重要。本文采用增量型的拉格朗日方程分析受温度影响的声表面波频率漂移问题。用频率-温度系数（TCF）作为评价频率-温度行为的标准。设计了一个具有温度补偿层的双层SAW谐振器模型,降低了器件的频率-温度系数。通过尺寸优化,LiNbO3-AlN结构的SAW谐振器在25℃（参考温度）下的频率温度系数TCF接近0ppm/℃。SAW谐振器的波长为4μm,谐振频率为1214.9MHz。     

非平整、多孔介质海底上波浪传播的复合方程

为了反映近岸区域实际存在的多孔介质海底效应，并且考虑到波浪在刚性海底上传播模型的 最新研究进展，运用Green第二恒等式建立了波浪在非平整、多孔介质海底上传播的复合方 程. 假设水深和多孔介质海底层厚度均由两种分量组成：慢变分量，其水平变化的长度尺度大于 表面波的波长；快变分量，其水平变化的长度尺度与表面波的波长等阶，但其振幅小于表面 波的振幅. 另外，多孔介质层下部边界的快变分量比水深的快变分量小1个量级. 针对水体层和多孔介质层，选择Green第二恒等式方法给出了波浪传播和渗透的复合方程， 它在交接面上满足压力和垂直渗透速度的连续性条件,可充分考虑波数变化的一般连续性， 并包含了某些著名的扩展型缓坡方程.     

PMN-PT层/弹性基底结构中声表面波特性分析

研究了PMN-PT 压电层/弹性(金刚石) 基底结构中表面波的传播特性,压电层表面是机械自由的,电学边界条件分为电学开路和电学短路,压电层与基底之间采用理想连接. 得到了满足控制方程和边界条件的电弹场以及弹性波在结构中传播时的频散方程,通过数值算例分析了压电材料PMN-PT 的极化方向对弹性波频散曲线和机电耦合系数的影响,以及不同极化方向时弹性位移和电势随结构深度方向的变化,结果可为PMN-PT 压电材料在高频声表面波器件中的应用提供有价值的理论参考.      

具有表面效应的压电半空间中的表面波

纳米科技的快速发展使压电纳米结构在纳米机电系统中得到广泛应用,形成了诸如纳米压电电子学等新的研究方向.与传统的宏观压电材料相比,在纳米尺度下压电材料往往呈现出不同的力学特性,而造成这种差异的原因之一便是表面效应.本文基于Stroh公式、Barnett-Lothe积分矩阵及表面阻抗矩阵,研究计入表面效应的任意各向异性压电半空间中的表面波传播问题,导出了频散方程.针对横观各向同性压电材料,假设矢状平面平行于材料各向同性面,发现Rayleigh表面波和B-G波解耦,并得到各自的显式频散方程.结果表明,Rayleigh表面波的波速小于偏振方向垂直于表面的体波,而B-G波的波速小于偏振方向垂直于矢状平面的体波.以PZT-5H材料为例,用数值方法考察表面残余应力和电学边界条件对表面波频散特性的影响发现:表面残余应力只对第一阶Rayleigh波有明显的影响;电学开路情形的B-G波比电学闭路情形的B-G波传播快.本文工作可为纳米表面声波器件的设计或压电纳米结构的无损检测提供理论依据.     

初应力对压电层状结构声表面波传播性能的影响

研究了压电层状结构中初应力对广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ波传播相速度和机电耦合性能的影响,通过求解含初应力的运动微分方程,对自由界面电学开路和短路两种情况得到了相应的相速度方程。给出了具体的数值算例,所得结果对于提高和改善声表面波器件性能有参考意义。     

波-流相互作用的缓坡方程及其波作用量守恒

当表面波从开阔海域传播至近岸水域时，普遍的波一流相互作用经受着海底的强烈影响．运用水波Hamilton变分原理，建立了近岸水域任意水深变化海底上波一流相互作用的缓坡方程．它可包含波、流和水深一般变化的二阶效应，约化为某些典型的缓坡型方程．据此得出广义程函方程，并且证明该缓坡方程的波作用量守恒．     

移动简谐力作用下三维多孔饱和半空间的动力问题

研究了移动荷载作用下多孔饱和地基的动力问题.应用Fourier变换求解该问题的控制偏微分方程,考虑了荷载的移动速度及振动频率对多孔饱和地基动力响应的影响,重点研究了移动速度达地基表面波速时多孔饱和半空间的振动问题(马赫效应),并与相应的弹性介质的解答进行了比较.结果显示当移动速度与多孔饱和半空间的表面波速相近时,地基会产生很大的振动;当移动速度大于表面波速时,多孔饱和半空间的动力响应与弹性半空间的动力响应有较大的差别.     

数字相关法在超声应力信号处理中的应用

研究了数字相关法在超声应力检测中回波时间差的自动识别计算.采用数字模拟分析,对相关运算算法的可靠性进行了验证.分析了不同采样频率和相关窗口长度对相关计算的影响,并应用插值技术提高了时间差的计算精度.该方法对实验采集的超声纵波、横波及表面波的时间差分析均适用.通过对不同应力状态下采集的超声表面波信号的处理,得到了Q235钢中超声表面波传播时间差与应力的实验关系曲线,为超声应力检测奠定了基础.     

PMN-PT夹层弹性半空间结构中SH波的传播

分析了弹性上下半空间和PMN-PT单晶层组成的夹层结构中SH波的传播性质,PMN-PT单晶沿[011]c方向极化,宏观上呈mm2对称,且晶体沿角度θ方向切割。基于正交各向异性压电材料和各向同性弹性材料的基本方程,得到了夹层结构中SH波传播时行列式形式的频散方程。通过对数值算例进行分析可以看出,PMN-PT单晶的切割角度和弹性材料属性对结构中的相速度有很大影响,因此波的某些传播性能可以通过材料的设计以及晶体切割的方向来实现,这些结论为声表面波器件的开发和应用提供了理论依据。     

PMN-PT夹层弹性半空间结构中SH波的传播Propagation of SH waves in sandwich structures consisting of PMN-PT single crystal layer and elastic half-spaces

分析了弹性上下半空间和PMN‐PT单晶层组成的夹层结构中SH波的传播性质,PMN‐PT单晶沿[011]c方向极化,宏观上呈mm2对称,且晶体沿角度θ方向切割。基于正交各向异性压电材料和各向同性弹性材料的基本方程,得到了夹层结构中SH波传播时行列式形式的频散方程。通过对数值算例进行分析可以看出,PMN‐PT单晶的切割角度和弹性材料属性对结构中的相速度有很大影响,因此波的某些传播性能可以通过材料的设计以及晶体切割的方向来实现,这些结论为声表面波器件的开发和应用提供了理论依据。     

一维声子晶体带隙的非局部辛分析

周期性弹性复合结构(声子晶体)中传播的弹性波存在特殊的色散关系:弹性波只能在某段频率范围内无损耗的传播,该频率范围称为通带.一维声子晶体的色散问题可以看作分层介质中弹性波的传播问题,利用二维弹性理论予以分析.为了研究非局部效应对声子晶体带隙特性的影响,将Eringen的二维非局部弹性理论引入到Hamilton体系下,利用精细积分与扩展的Wittrick Williams算法可获取任意频率范围内的本征解.通过对不同算例的数值计算,分析和对比了非局部理论方法与传统局部理论方法的差别.并进一步指出了该套算法的适用性和优势所在.     

液层厚度对浮力-热毛细对流面型的影响

将Michelson光学干涉测量系统与图像处理技术相结合，发展形成一种实时诊断热毛细对流和浮力对流流体表面形貌的实验测量系统. 采用光学干涉测量方法研究了两端带有温差的矩形池内薄层流体的对流、表面变形、以及表面波的基本问题. 应用Fourier变换方法对实验结果进行计算和分析，得到了流体表面变形和表面波的定量的实验结果. 实验结果表明了在浮力-热毛细对流的发展过程中，首先出现流体的表面变形，之后在该变形的基础上，叠加了一个表面波的信息，该表面变形和表面波与流体的温度梯度、表面张力、以及浮力有直接的关系；表面波隐藏在表面变形内.     

圆柱结构中的环向SH波及洞体内表面波不存在性讨论

目前有关圆柱结构中的环向SH波研究仅限于实心柱体与圆柱壳体结构。由于无法直接获得圆柱洞体中传播的SH表面波的解析解,对比研究了实心柱体和多种不同类型的圆柱壳体中的环向SH波,从波结构、应变能密度幅值分布与壳体厚度的关系讨论洞体内SH表面波的存在性。建立柱坐标系下均匀弹性材料与功能梯度材料环向SH波的波动方程;分别求得方程的贝塞尔函数解和幂级数渐近解;进一步计算得到其频散曲线、波结构与应变能密度幅值。结果表明：幂级数方法可用于计算圆柱型结构中的变系数波动方程,且具有较高的精度;圆柱型结构中环向SH波的能量集中在外表面或次外表面,并随着壳体厚度的增加,能量集中现象更为明显;通过应变能密度幅值分布规律推论出圆柱洞体内表面无法传播环向SH表面波。最后,针对均质结构和梯度结构,采用反证法证明了无法得到满足洞体内SH表面波衰减条件的解析解,从而证明了该推论。     

空气耦合层状复合材料的声传播研究

本文研究了空气耦合层状复合材料的声传播。从基本波动方程出发,由气固边界条件,利用势函数法求解声波任意角入射层状复合材料的声传播,并通过数值计算得到其透声系数幅度和相位随频率变化的规律。基于MATLAB建立了测量任一入射角透声系数的实验平台,并对复合材料试样进行了实验,得到的透声系数幅度与理论计算结果吻合,说明了所建立的声传播理论和实验检测方法的有效性。     

S0兰姆波在渐变折射率声透镜中的聚焦

本文研究了S₀兰姆波在渐变折射率声子晶体中的聚焦现象．通过调整正方晶格声子晶体的主轴方向与波传播的相对方向,设计了ΓX和ΓM方向两组不同的渐变折射率声透镜．采用有限单元法模拟S0波在不同声透镜内的传播,并与S₀波在声透镜内的传播迹线做了对比,数值结果和理论结果基本一致．数值计算结果显示：ΓX方向的声透镜的焦距fl略大于其理论值,而ΓM方向的声透镜的fl则略小于其理论值．ΓX方向的声透镜的横向分辨率FWHM小于ΓM方向的声透镜,而聚焦强度MFI则大于ΓM方向的声透镜．结果表明,通过调整声子晶体的主轴方向与波传播的相对方向,可以显著地改变声透镜的聚焦特征．这为S₀兰姆波声透镜的设计提供了重要依据．     

一个新的声应力系数及其确定

 为建立声焦散线与平面应力条件下裂尖应力强度因子的关系，定义了一个新的声应力系 数------声程差随应力线性变化的比例系数, 该系数的大小既取决于材料常数又取决于 耦合介质及声束的传播历程. 借助6061-T6铝、EPTI钢两种材料的实验结果，说明了确 定新的声应力系数的方法与步骤. 所得结论是：只要确定了平面应力条件下超声纵波 速度相对变化与主应力和之比，便可确定新的声应力系数.