超薄层状复合媒质弱界面深度与声导波

结合推导层状复合媒质各界面刚性联接时声导波频散特性方程的传递矩阵方法,以及滑移界 面边界条件和弱界面“弹簧”模型,分别导出了超薄层状复合媒质中存在不同深度弱界面、滑移界面和脱层情况下声导波的广义频散方程,分析了三种联接界面的深度对低模式声导波频散特性的影响. 关键词： 导波 界面 频散     

具有弱界面的柱状复合结构中轴对称声导波

利用柱状分层结构中轴对称声导波的波动方程和界面“弹簧”模型，导出了具有弱界面的双层柱状复合结构中轴对称声导波的广义色散方程，计算了刚性联接和滑移联接界面时双层复合管(腔壁为自由界面或腔内充水)和双层复合棒中轴对称声导波的色散特性，分析了弱界面的轴向劲度系数对低阶轴对称声导波的影响- 关键词：     

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.     

流体-镀层基底界面波的传播特性

理论分析了脉冲激光激发的流体-分层固体结构声场,在此基础上数值计算了流体-慢层快底固体和流体-快层慢底固体结构液-固界面Scholte波的频散特性与瞬态响应.数值结果显示,对于流体-慢层快底结构,Scholte界面波呈现出正常频散特性;而对于流体-快层慢底结构,Scholte波在较小的频厚积范围呈反常频散特性.理论瞬态信号也显示了同样的特性.采用脉冲激光激励,用水听器接收的方式进行了Scholte界面波的实验测量.实验测量和分析结果与理论结果有很好的一致性.此工作可为水浸检测条件下镀层与薄膜材料参数的超声无损表征、海底沉积物参数反演等应用提供理论基础.     

弱界面固体附层媒质中的类Rayleigh波

当半无限大固体媒质上有一层固体附加层时表面波是频散的。由界面的“准弹簧”模型,本文导出了有各向同性固体附加层时半无限大各向同性均匀媒质中弱界面情况下的类Ｒａｙｌｅｉｇｈ波的特征方程。文中给出了典型复合结构具有刚性联接界面、滑移联接界面和弱界面时类 Ｒａｙｌｅｉｇｈ波的色散曲线,分析了界面刚度系数对类 Ｒａｙｌｅｉｇｈ波传播速度的影响。数值计算的结果表明选择合适的参数可以由低频超声类Ｒａｙｌｅｉｇｈ进行涂层结构界面特性的无损评价。     

声-重力波在两层大气模型中的频散理论和数值计算

本文根据Pekeris曾提出的大气两层模型,考虑在每一层中有风的影响,讨论了在这种条件下大气层对声-重力波的频散理论。 我们从声-重力波的波动方程出发,导出了两层模型下的合流超几何方程,给出了它的通解。在导出相应的频散方程以后,给出了相速度和群速度的解析表示式。在计算机上进行了数值计算,给出了在两层中有不同风速时的相速度和群速度的频散特性,从中可以看到风对声-重力波的传播和激发都有很大的影响。     

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 w-k频散曲线(w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...     

声-重力波在分层大气中传播频散的理论和测试结果

本文推导了计及重力效应运动媒质中的次声波动方程和用速度的散度表示的分层大气模型下的频散方程;并利用与实际大气较为接近的多层大气模型计算了声-重力波的频散特性。数值计算结果表明,相速度和群速度具有两个分支,即声分支和重力分支。声分支的频散受风的影响较大,通常顺风和逆风的情况下,在短周期部分群速度可差10％以上,而且频散较大。重力分支在某种大气模型下,可以出现几组,它们频散特性有较大的差别。这一新的结果符合实验得到大爆炸次声波传播的频散特性。     

分层固体板中导波的激发与频散特性

针对无限大弹性分层固体板,研究了结构中导波的频散和激发特性。首先使用传递矩阵法推导分层板模型中导波的频散方程,然后用二分法求取导波各模式的频散曲线,进而分析结构中导波的频散特性。结果表明:在速度递增或递减的分层板中,基阶模式和高阶模式的高频极限分别等于低速层的瑞利波速和横波波速。对于含低速夹层的分层板,所有模式的高频极限都等于低速层的横波速度。在导波激发特性方面,研究了在具有一定宽度的法向力源作用下的分层板中导波各模式在结构中的法向位移谱。发现在速度递增的分层板结构中基阶模式是主导模式,而对于速度递减和含低速夹层模型,主导模式在不同的频段范围内对应不同的导波模式。      

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.     

气动声学中声传播问题的辛算法研究

引入辛算法对气动声学中的声传播问题进行了数值研究。采用Hamilton系统描述理想气体的声波方程,时间离散采用辛可分Runge-Kutta方法,空间离散采用近似解析方法,构造声波方程的保辛格式。将辛算法和有限差分算法分别在数值频散和计算效率等方面进行了对比分析,研究结果表明:辛算法能够有效地抑制数值频散,在计算效率方面具有明显的优越性。声传播特性模拟结果表明辛算法能够准确地模拟点源声辐射、声波干涉、反射及衍射现象。     

界面层对层状各向异性复合结构中Lamb波的影响

建立了各向异性界面层的弹簧模型,并将其应用于分析层状复合媒质的全局矩阵技术中.其 引入的机理是全局矩阵的程序结构、各层矩阵的排列不至于遭受大的破坏.因此,把弹簧界 面作为一个“材料层”.该层的材料常数用劲度常数来描述,其层厚为零.把该层放在全局矩 阵适当的位置而使系统中的其他层不发生任何变化.数值示例显示了刚性联接、滑移联接、 完全脱层三种不同界面条件下双层各向异性复合结构中Lamb波的频散特征,并对刚性联接和 滑移联接时质点沿板厚方向的位移分布进行了比较. 关键词： 各向异性界面 弹簧模型 全局矩阵 兰姆波频散     

柱面Love波频散分析与SH波场的数值计算

对贴井壁环型剪切源在柱状双层弹性介质中激发的SH波场进行了理论求解,导出了柱面Love波频散方程,讨论了柱面Love波存在的条件及其区域.通过数值计算考察了柱面Love波的频散特性和激发强度,发现最低阶柱面Love波具有截止频率,这与平面半空间双层弹性介质模型下的Love波无截止频率的特征不同.渐近分析与数值考察都表明,井径r₁→∞时,柱面Love波频散方程趋向平面双层半空间的Love波方程,柱面Love波的截止频率趋于零.全波计算还显示用激发SH波来探测侵入带外原状地层的横波信息是一个十分简洁的途径..     

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.     

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。     

脱粘缺陷对粘接结构频散特性的影响

采用全局矩阵理论,通过引入内聚强度弱化模型和弹簧模型,计算了脱粘缺陷对粘接结构频散特性的影响。分析了内聚强度缺陷、界面缺陷及混合缺陷等因素对粘接结构频散特性的影响,发现频散曲线的演化规律与材料声学性质密切相关。不同材料和不同组合,其规律有很大不同。针对各向同性粘接结构,可能通过考察特定频率段内频散模态的变化,实现对脱粘缺陷的检测。     

基底上覆分层薄膜超声Scholte波特性与薄膜定征

分层薄膜-基底结构广泛应用于微电子器件等诸多领域,但薄膜材料参数超声测量尤其是横波速度的定征是一个困难的问题。本文对液固界面Scholte界面波的频散特性和脉冲激励的声压响应进行了理论分析。结果表明,液固界面Scholte波频散与分层膜-基底结构的速度分布密切相关。薄膜材料各层的厚度和横波速度对界面波频散特性有显著影响。基于Scholte界面波的频散特性,提出了一种多层膜的多参数反演定征方法。首先针对理论信号进行薄膜参数反演,验证了该方法的可行性。后续对不同类型的多层膜材料样品进行了液固界面波激发与采集实验,实验信号的薄膜参数反演结果进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

复合圆管界面特性对周向超声导波二次谐波发生效应的影响分析

研究了复合圆管的管间界面特性对周向超声导波二次谐波发生效应所产生的影响.在二阶微扰近似条件下,将周向超声导波传播过程中的非线性效应视为其线性波动响应的一个二阶微扰.采用界面弹簧模型对复合圆管的管间界面特性进行描述.根据导波的模式展开分析方法,伴随基频周向超声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.管间界面特性的变化可从多个方面对二倍频周向导波模式的展开系数及声场产生影响,尤其是界面特性的变化所引起的周向超声导波相速度的改变,将显著地影响到二次谐波随传播周向角的积累增长程度.理论及数值分析结果表明,周向超声导波的二次谐波发生效应随管间界面特性的改变而发生非常敏感的变化,可将其用于准确定征复合圆管的管间界面性质.     

压电网络复合板的波动特性与隔声性能分析

在压电网络复合板机电耦合波动方程基础上,首先对在其中传播的弯曲波的波动特性进行了分析,发现压电网络复合板中同时存在两种不同频散特性的弯曲波,电感电阻并联型压电网络复合板中存在的两种弯曲波的频散曲线具有频率转向现象;在频率转向区,弯曲波的衰减常数或达到最大或迅速增大这一结论为压电网络复合板的减振降噪设计提供了参考。对压电网络复合板中的能量分析给出了这一结论的机理:即在频率转向区板中的机械能与电能能够进行最大的能量交换;在波动分析的基础上对压电网络复合板的隔声特性进行了分析,发现压电网络复合板隔声曲线上的低谷随外界电感值的变化能够发生移动或者消失,最后结合压电网络复合板的波动频散特性对复合板的隔声机理进行了分析,为设计压电网络复合板的隔声性能提供了理论参考。      

粘弹模量对金属基底-胶粘涂层结构中类Rayleigh波传播特性的影响

为了解粘接结构中胶粘涂层的粘弹特性,进而评价粘接质量,对半无限金属基底-胶粘涂层结构涂层中的类Rayleigh波传播特性进行了研究。从粘弹的基本理论出发,通过Laplace-Henkel变换技术建立起类Rayleigh波的频率方程,将粘接涂层视为Kelvin体计算并分析了其粘弹模量对波的频散及衰减关系的影响。理论计算发现粘弹体的粘滞项对频散低阶模式影响不大,但随着粘滞的增大对高阶模式可产生影响。同时粘滞还影响各阶模式波的衰减,特别是Sezawa模式对衰减较Saw模式更为敏感,在某些结构中还会出现局部的极小值现象,结果表明:对粘涂层结构涂层中类Rayleigh波传播特性的研究可为粘弹模量的定量评估及粘接质量的评价提供一定的理论方法。