有界空间的非线性声学——二阶体波的反射和折射(Ⅱ)SV波和SH波入射

在SV波和SH波斜入射的情况下,本文研究了具有平面边界的两种固体介质中入射体波所产生的二阶体波的反射和折射,得到了反射、折射场的表达式,结果表明,要想得到固体的全部三阶弹性常数关系,SH的激励波是必不可少的;数值计算表明,非积累波及边界所产生的影响非常重要。     

弹性和电-微拉伸广义热弹性固体中的平面波在不完全边界上的传播

讨论了平面波入射在弹性固体(介质(M))和电-微拉伸广义热弹性固体(介质M)的界面上时,波的反射和透射问题.介质M中存在5种反射波(纵向位移(LD)波、热(T)波、纵向微拉伸(LM)波和2种横向耦合位移和微转动波(CD(Ⅰ)和CD(Ⅱ)波));介质(M)中存在2种透射波(纵(P)波和横(SV)波).得到不完全边界上不同反射波和透射波的振幅比,并导出法向力刚度、切向力刚度和完全粘接时的振幅比.对LD波和CD(Ⅰ)波,图示出振幅比随不同入射角的变化.显示出反射波和透射波的振幅比受到介质的刚度、电场、拉伸和热特性的影响.推演出一些有价值的特例.     

三斜晶体介质中三维平面波的反射

讨论三斜晶体介质半空间应力自由边界处三维平面波的传播.给出了1个寻找三维准P(qP)、准SV(qSV)和准SH(qSH)波的所有3个相速度解析表达式的方法.得出了三斜介质中qP、qSV、qSH波反射系数振幅比的三维闭式解,将其用于研究不同入射角时,对应的反射系数的数值变化,给出了不同极角和方位角时的图示.最后通过数值实例表明,与二维的情况相比较,三维各向异性对反射系数的影响更明显.     

固体中圆柱形空腔上爬波的光弹法实验研究

本文用光弹法在玻璃内直接看到了弹性波爬波现象,当超声垂直轴向投射于固体内的圆柱形空腔时,在声的几何阴影区会激发出一种沿空腔界面爬行的表面波,它边爬边辐射体波,从而在几阴影区产生超声的散射波。我们观察了纵波入射和横波入射两种情况,分别测量了爬波的脉冲速度。实验表明,纵波入射时,固体中情况和流体中情况大体一样,但横波入射时,固体中情况要复杂得多。 此外,还附带观察了超声波从圆弧一侧投射到玻璃内半圆柱形空腔时的爬波行为。     

平面P波在自由界面上的反射

一般情况下,入射P波在自由界面上的反射波中既包含一个反射P波,也包含一个反射SV波.通过对反射系数的数学分析,得到当泊松比μ∈（0,1/2）时,反射波中只出现其中一种波（特别是只出现SV波）的情况.     

弹性波在应变梯度固体界面上的反射与透射

研究了弹性波在应变梯度固体界面上的反射和透射.首先,通过应变能密度推导出应变梯度固体中的运动方程和界面条件.然后,根据非传统界面条件推导出弹性波反射和透射的振幅比.最后,用法向能量守恒验证了数值计算结果,根据数值计算结果,讨论了微结构参数对弹性波反射和透射的影响.结果发现,应变梯度固体中不仅存在体波而且还存在表面波,尤其是入射波波长越接近材料微结构的特征长度,微结构效应就会越显著.     

有限振幅声波的二维边界反射

本文从流体力学方程组出发,导出二维波动方程组,并在几种边界条件下求解,得到了下述结论:1.二阶谐波的主要部分(随距离增长的部分),其“入射”波与“反射”波不存在直接的因果关系;2.发现了一种新的二阶谐波(本文命名为“Q谐波”),是由一阶入射波与一阶反射波相互作用产生的,不管入射波的方向如何,它的传播方向总是平行于边界面的方向;3.应用逐步近似求解这类边值问题时,各阶谐波场有积累效应的部分是由一阶场产生的,因此高阶场的边界条件不能任意提,而取决于一阶场的边界条件。     

热传导的微极固体和流体介质界面上波的传播

研究微极广义热弹性固体半空间和热传导微极流体半空间界面上波的传播.讨论微极广义热弹性固体半空间和热传导微极流体半空间之间平面界面上,斜向入射平面波的反射和透射现象.假设入射波穿过微极广义热弹性固体,射向平面界面后传播.得到了封闭形式的、不同反射和透射波的波幅比,它们是入射角、频率的函数,并为介质的弹性性质所影响.对一些特定的类型,显示出微极和热松弛对波幅比的影响.还从本文的研究中推演出一些早期工作的结果.     

暂态波透射边界

本文论述了一种有限计算网格的透射边界,它能够以所要求的精度模拟以任意角度入射的弹性体波和面波的透射过程。它可用于横向非均匀介质中二维和三维暂态波分析,并容易合并到现有的有限元和有限差分计算程序中去。     

各向异性介质中SH波对有衬砌的任意形半凹陷地形的散射

本文研究各向异性介质中具有衬砌的凹陷地形对SH波的散射.采用保角映射法[1]求解了有衬砌的凹陷地形对SH波的散射和它的地面位移.利用富氏级数展开方法,将待解的问题归结为一组无穷代数方程组的求解问题.由算例知,在衬砌和凹陷地形附近的地表上.位移幅值的变化是激烈的.当入射波的频率增加时,尤为显著.     

饱水孔隙介质的质量耦合波动问题

本文按照混合物理论严格地推导出了饱和孔隙介质的一般波传播理论.该理论的重要性在于包含了质量耦合作用,并为研究该问题提供了理性基础和实用方程.本文对所得方程中的系数的物理意义和热力学限制进行了讨论.通过比较认为本文的理论和Biot古典理论基本上一致.本文还对完全透水、完全不透水和具有刚性固体骨架的介质的无边界条件下的波传播问题进行了研究,得到了一些有意义的结论.     

圆形厚度模换能器在固体介质中辐射的直达波和边缘波

本文从理论上分析了厚度模换能器向固体介质辐射的暂态声场。分析表明,整个声场由直达波、边缘纵波、边缘横波、头波及表面波部分组成,文内给出了每种波的波前或波本身的表达式,得到的结果既不很复杂,又没有丢失声场的主要特征,具有鲜明的物理意义,能很好地说明有关的实验结论。     

半空间反射弹性波多参数线性化逆散射

研究了BORN近似条件下的半空间中弹性波方程的多参数反演问题.采用宽带点源表面激发和接收扫描方案,建立了一个同时重构介质密度和拉梅参数的反演方法,证明了表面垂直和水平脉冲激发的散射场可以分解成P→P波、P→S波、S→P波及S→S波4类散射成分,其中包含着重建目标体参数分布所需的信息,所得到的参数重建显示表达式具有滤波反传播的形式.     

弹性固体和充满两种互不相溶粘性流体的多孔固体之间界面的反射和折射及其衰减波

在充满两种互不相溶粘性流体的多孔固体中,研究弹性波的传播.用3个数性的势函数描述3个纵波的传播,用1个矢性的势函数单独描述横波的传播.根据这些势函数,在不同的组合相中,定义出质点的位移.可以看出,可能存在3个纵波和1个横波.在一个弹性固体半空间与一个充满两种互不相溶粘性流体的多孔固体半空间之间,研究其界面上入射纵波和横波所引起的反射和折射现象.由于孔隙流体中有粘性,折射到多孔介质中的波,朝垂直界面方向偏离.将入射波引起的反射波和折射波的波幅比,作为非奇异的线性代数方程组计算.进一步通过这些波幅比,计算出各个被离散波在入射波能量中所占的份额.通过一个特殊的数值模型,计算出波幅比和能量比系数随入射角的变化.超过SV波的临界入射角,反射波P将不再出现.越过界面的能量守恒原理得到了验证.绘出了图形并对不同孔隙饱和度以及频率的变化,讨论它们对能量分配的影响.     

多孔磁流体动力学

本文建立饱含可压缩电磁流体的多孔固体介质动力学。直接耦合应力场、流场和电磁场,研究了它们的相互作用和波的传播规律,纠正了某些作者在磁流体波中的误失,证明了介质中具有多种P波和S波,一般多有阻尼和频散效应。 导电流体(如海水、石油和血液等)在磁场(如地磁场和生物场等)中运动感生电流因而改变磁场;电流在磁场中运动则产生机械力,影响固体骨架的变形与流体的运动;固体骨架的变形和空隙通道中的Darcy渗流又反过来改变流体的运动。新理论的困难和可以预料的丰富的内容正来自复杂的相互作用,不妨称作(微)百幕大效应。相应的守恒律、等价原理、传输线理论相似性、电磁效应、非线性波、动应力集中、变分原理以及模型的进一步推广将在另一组论文中发表。 深入研究这一理论对地球物理、海洋科学、生命科学以及能源科学无疑是重要的。多孔磁流体介质动力学是一门年轻的学科,大量未解决的问题和实验工作期待着人们去努力!     

平面P波在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上的传播

使用线性粘滞的多孔弹性介质模型,解决在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上平面P波的反射与透射问题,这里的非饱和多孔介质中固体骨架被两种相互耦合的流体（液体和气体）所充满．通过势函数的方法得到了振幅反射系数与振幅透射系数．然后推导得到入射波与反射波、透射波之间能量转换情况．研究发现:用振幅比和能量比所表示的反射系数与透射系数是与入射角度、饱和度、入射频率以及上下层介质的弹性常数有关的方程式．数值计算通过图形的形式表达出来,而且入射角度、频率及饱和度对振幅和能量的反射与透射系数的影响分别进行了讨论．证明了在整个波的传播过程中分界处并没有发生能量的耗散．     

各向异性介质中有衬砌的非圆形结构与SH波的相互作用

本文利用复变函数方法求解各向异性介质中有衬砌的非圆形结构与ＳＨ波的相互作用问题．各向异性介质可以用来模拟结构周围的地质条件．利用作者在文献［５，７］中的方法决定介质和衬砌结构中的散射波，结合Ｓａｖｉｎ在文献［６］中求解有衬砌结构所采用的对结构轮廓线进行近似处理的方法，并利用结构与介质的连续性条件与衬砌内边界上的边界条件，对问题进行求解．作为算例．本文讨论了在同一种各向异性介质中，两种不同材料组成的正方形有衬砌的结构与ＳＨ波的相互作用问题．给出了数值分析结果．     

压电晶体表面任意源分布所产生的弹性波场

不久前,我们研究过在压电晶体表面一维源分布激发所产生的弹性波场。本文将推广到具有更普遍意义的二维任意源分布的激发问题。此时广义弹性波场是等于广义Green函数张量和广义力的双重点乘卷积。广义Green函数可以分别写成对应表面波、体波和静电效应三部分之和。利用二重积分的稳相方法,求得在远场的表面波和体波的渐近解,最后,举例进行了数值计算。     

基于二阶滑移边界的MHD在可渗透延伸壁面上的驻点流研究

研究了多孔介质中带二阶滑移边界的不可压缩MHD粘性流体在可渗透指数延伸壁面上的驻点流问题.通过相似变换将描述驻点流的控制方程转换为非线性常微分方程,并利用MATLAB的bvp5c函数求解非线性问题.分析并讨论了一、二阶滑移参数,抽吸/喷注参数以及渗透参数对速度分布和壁面剪切力的影响.结果显示在多孔介质中当壁面延伸速度小于外界主流速度时,随着一阶滑移参数、二阶滑移参数绝对值、抽吸/喷注参数以及渗透参数的增大,速度增大,壁面剪切力减小且均为正数;而当壁面延伸速度大于外界主流速度时形成一个反边界层,速度减小,壁面剪切力绝对值也减小且均为负数;二阶滑移参数对速度剖面和壁面剪切力的影响略大于一阶滑移参数的影响,抽吸/喷注参数对速度剖面和壁面剪切力的影响明显大于渗透参数或磁场参数的影响.     

SH波对等腰三角形与半圆形凹陷相连地形的散射

通过复变函数及多极坐标的方法研究了在SH波作用下,三角形凸起与半圆形凹陷组合而成的复杂地形的散射问题．在问题求解时,将所研究的地形分割为两个区域,并在各个区域内分别构造满足边界条件的波函数,最后利用位移和应力连续的边界条件在公共边界上契合,从而将问题转化为求解一组无穷代数方程组的系数问题,并采用Fourier变换截断有限项,再对其求解．最后通过具体的数值结果算例来讨论此复杂地形对SH波的散射问题,并给出了算例的位移解析解答．