具有刚性联接界面和滑移界面的层状固体媒质的声反射

利用矩阵方法,本文提出了声波从具有刚性联接和滑移界面的层状固体媒质反射特性的一般模型,导出了包含一个或两个滑移界面的层状固体媒质纵波和横波声反射系数解析表达式。文中还给出一些典型粘接件声反射系数的数值计算结果,为正确选择超声评价这些界面特性所采用的技术参数提供了依据。     

固体粗糙界面与超声的非线性相互作用研究

本文提出了一种随机弹性接触界面与超声的非线性相互作用理论. 首先建立了描述随机弹性接触界面的模型, 然后分别研究了界面间应力-应变关系在线性简化模型、指数模型、高斯模型下与超声的非线性相互作用. 数值仿真和实验研究结果均表明高斯模型更适合描述固体接触界面. 本文在介观结构上解释了固体界面与超声的相互作用, 对工业超声无损检测裂缝、缺陷及损伤有指导意义. 关键词： 超声无损检测 固体粗糙界面 非线性效应     

粘接界面特性的超声检测与评价

粘接界面特性的超声检测与评价既是物理学的前沿问题,又是经济建设和国防安全亟需解决的应用问题。高波阻介质下多层低波阻介质界面脱粘检测、滑移界面检测和粘接强度定量评价是粘接质量检测中遇到的三大难题。本文综述了课题组十余年来在攻坚三大难题方面的研究工作：建立了共振匹配理论,发明了六项关键技术并实现了技术集成,研制出全新概念的超声检测设备,解决了第一个难题;成功研制出横波直探头,用纵横波综合判断方法解决了第二个难题;对第三个难题,建立了粘接界面非线性弹簧模型,为利用非线性声学参量评价粘接界面奠定了理论基础,并探索性地利用统计性方法对粘接强度进行了预测,取得较好效果。     

固体间界面的物理模型和界面对声波的反射

简要描述了模拟两固体间界面特性的弹簧模型，该模型最早是根据静力学方法提出的，后来用固体间界面薄层的声波反射方法加以改进，从界面弹簧模型可以方便地得到界面外近似边界条件，其中包含界面“弹簧”振子的劲度常数和质量，文章还给出了两相间固体中界面声反射系数的表达式，介绍了测量界面劲度常数的超声反射谱方法。最后讨论了仍关声波与界面相互作用研究领域中最近的一些研究进展。     

固-固界面退化特性的超声反射评价方法

提出了一种基于有限宽超声束反射的固-固界面退化特性评价方法,从理论和数值仿真角度进行了分析和计算。将两固体界面间的薄层简化为界面弹簧模型,以界面法向和切向劲度系数表征界面的退化程度。通过数值计算求得有限宽超声纵波束在不同入射角和界面不同退化程度下的反射横波、反射纵波的镜面反射系数。进一步地,通过建立二维有限元模型,仿真研究了有限宽超声纵波束在给定入射角及界面不同退化程度下镜面反射系数的变化规律。结果表明,反射纵波和反射横波的镜面反射系数随有限宽超声纵波束的入射角及界面劲度系数的改变而变化,且存在镜面反射系数随界面劲度系数单调且敏感变化的入射角,据此可准确评价界面的退化程度。     

无损评价固体板材疲劳损伤的非线性超声兰姆波方法

从理论上分析了采用非线性超声兰姆波方法准确评价固体板材疲劳损伤的可行性。对于未承受周期性载荷作用的航空铝板,采用已建立的超声兰姆波实验系统测量了在其中传播的超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线,并对所测得结果给予了合理的物理解释。对两块给定的航空铝板试件施加拉-拉疲劳载荷作用,在超声兰姆波具有强烈非线性效应的条件下,对于不同的载荷循环次数,分别对两试件中超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线进行了测量。结果表明,在板材疲劳损伤的初期,超声兰姆波基波的应力波因子随循环次数的改变并不明显,且与循环次数的对应关系也不确定;然而,在周期性载荷作用的最初阶段,超声兰姆波二次谐波的应力波因子随循环次数的变化非常显著,并表现出明显的单调对应关系,表明超声兰姆波的非线性效应及相应的超声兰姆波二次谐波的应力波因子,可望能为固体板材早期疲劳损伤的准确评价提供一条有效途径。     

固体中圆柱状界面处力学量边界条件和界面的物理模型

简要介绍了固体复合媒质中圆柱状界面层的声散射理论,给出了联系界面层内外表面处声场产生的位移和应力的传递矩阵。将此传递矩阵对界面层厚度作渐近展开,可得界面薄层处力学量一级和二级近似边界条件。当界面簿层厚度远小于圆柱散射体半径时,传递矩阵可进一步简化,这时的近似边界条件可用界面弹簧模型解释。以数值计算为例子,讨论了各种近似边界条件的有效性和可能应用。本文还考虑了界面状况对声散射的影响。最后指出了声与柱状界面薄层相互作用方面有待进一步研究的一些问题。     

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。     

纳米固体的界面效应和结构重排

纳米固体是人工合成的，一类具有纳米微结构的固态材料，由尺寸为５－５０ｎｍ范围的原子团簇经原位压制而成，其界面原子数占３０－５０％，致使许多物理化学物质不同于化学成分相同的晶态或非晶态，有广阔的应用前景，论述纳米材料的某些最新研究进展，重点说明其界面效应和结构重排。     

循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价

材料损伤以及性能退化与超声波的非线性效应密切相关.为研究循环温度疲劳作用下粘接界面的损伤情况,本文采用超声波透射法,研究了6061型铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面的声学非线性系数随高温、低温循环次数的变化情况.结果表明,在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;对于低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其值增速减缓.在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大.进一步的讨论结果表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是引起非线性系数变化的主要原因.     

一种评价固体板材表面性质的非线性超声兰姆波方法

在基频与二倍频兰姆波相速度匹配但群速度失配的条件下, 通过选择适当的兰姆波二次谐波时域信号的测量起止时间, 可完全扣除换能器对二次谐波积分振幅测量所带来的影响。本文提出采用兰姆波二次谐波的积分振幅作为评价参量, 以实现对板材表面性质的准确评价。当板材表面性质发生改变时, 原本在理想表面条件下成立的基频与二倍频兰姆波相速度匹配的条件不再严格满足, 这将显著地影响到兰姆波的二次谐波发生效率, 相应的二次谐波积分振幅随表面性质的改变也将发生非常敏感的单调变化。实验结果表明,利用扣除换能器影响之后所测得的兰姆波二次谐波的积分振幅,可对板材表面性质的变化情况进行准确评价。     

三维光滑接触界面上的分配参数滑移面算法

针对三维滑移界面上的分配参数滑移算法,提出一种三维滑移面光滑目的 ,仅根据单元面顶点的坐标和法向等局部信息,构造出曲面片边界G¹连续(切平面连续),曲面片内C¹连续的三维光滑曲面,此目的 为实际的滑移面提供一个准确的几何表达.在此光滑曲面上构建了具有C¹连续的法向压力场和质量面密度场.然后在光滑滑移界面上通过Newton-Raphson迭代计算接触点,依据分配参数滑移算法施加接触约束和接触计算.数值算例显示光滑的接触滑移面可以减少滑移节点的振动,提高计算的收敛性.     

磁驱动高速飞片模拟中滑移界面处理

在二维单介质磁驱动数值模拟程序(MDSC2)的基础上,采用局部结构整体非结构的网格拼接方法,研制了处理滑移界面的二维多介质程序。二维多介质程序解决了单介质程序无法处理的电极与飞片之间相互作用的模拟问题,能更准确地模拟磁驱动发射实验的飞片状态。计算结果表明:发射飞片的自由面部分始终保持固体密度状态;自由面速度历史和VISAR测量的速度曲线相吻合;飞片中间部分在电流加载过程中始终具有良好的平面性,飞片两端出现拖尾质量,产生不稳定性,这是由于飞片两端与飞片中间部分的磁场强度分布不同造成的。     

磁驱动高速飞片模拟中滑移界面处理

在二维单介质磁驱动数值模拟程序（MDSC2）的基础上,采用局部结构整体非结构的网格拼接方法,研制了处理滑移界面的二维多介质程序。二维多介质程序解决了单介质程序无法处理的电极与飞片之间相互作用的模拟问题,能更准确地模拟磁驱动发射实验的飞片状态。计算结果表明：发射飞片的自由面部分始终保持固体密度状态;自由面速度历史和VISAR测量的速度曲线相吻合;飞片中间部分在电流加载过程中始终具有良好的平面性,飞片两端出现拖尾质量,产生不稳定性,这是由于飞片两端与飞片中间部分的磁场强度分布不同造成的。     

固体内耗与超声衰减

一、弹性体的特征对于一个弹性体,应力σ和应变ε遵从胡克定律：σ＝Ｍε,Ｍ是弹性模量;或ε＝Ｊσ,Ｊ是顺度．在一般情况下,对于任意的形变来说,应力和应变应该用二级张量来表示．上述的胡克定律是标量的形式,只适用于简单的形变模式,例如纯切变,单轴拉伸或流体静压力形变;这时Ｍ是切变模量Ｇ、杨氏模量Ｅ或体积模量.理想的弹性行为要满足四个条件：（１）应力对于每个应力水平的响应是线性的;（２）上述的响应是可....     

固体弹性恒量的超声测定法

一表征固体性能的几个恆量——楊氏弹性腁?切变模量以及泊松数,通常在使用机械方法来測定它們的数值时,往往是相当繁杂的。近年来开始使用超声波的方法来测定这些恆量的数值;其基本原理是利用超声波在固体介貭中传播的特性及速度的观測,找出某些实驗数据,代入有关的关系式中,从而求出表征固体物质性能的这几个恆量的絕对值。使用这种方法,     

纳米固体材料的性能与界面微观结构

综述了纳米陶瓷ＴｉＯ２和纳米金属Ａｇ的力学性能，以及纳米离子导体ＣａＦ２和ＰｂＦ２等的离子导电性能，结合其界面微观结构特征，对上述纳米固体材料的优异性能进行了初步解释     

波后滑移线引起的界面变形和R-M不稳定性

实验研究复杂波形结构引起平面界面变形和反射激波冲击下的R-M不稳定性的问题.在竖直激波管中生成稳定的N₂/SF₆平面界面,激波在圆柱绕射后,冲击平面界面,由此研究复杂激波引起的界面变形.平面激波在圆柱绕射后的流场,演化成具有初始入射波、三波点、弯曲反射波、Mach波和Mach反射产生的滑移线等复杂结构.研究复杂结构激波对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.绕柱激波冲击后,平面界面仅在两对滑移线内部发生变形.绕柱激波冲击界面后,两对滑移线将界面分成"内界面"和"外界面",界面变形形态同滑移线和界面相交位置相关.反射激波二次冲击下,界面扰动的增长与Jacobs-Sheeley涡量模型较吻合.