谱有限元数值分析各向异性复合板中导波色散特性

提出谱有限元方法研究层状各向异性复合板中导波的色散特性和波结构。基于三维弹性动力学方程,用有限元方法离散波导截面,波传播方向的位移用简谐波表示,得到了导波色散的特征方程。分析了单层和双层复合板中导波沿不同方向传播的色散特性和波结构,讨论了双层复合板中层厚比对相速度的影响。数值研究结果表明:导波的对称模态沿纤维方向传播时在较宽的频率范围内保持弱色散状态。双层复合板中导波基本模态的相速度在低频时受层厚比的影响较明显,随着频率的增加趋向于相速度较低的材料。数值模拟结果为导波用于复合材料定量无损检测和性能评价提供理论依据。     

弹性波传播模拟的Chebyshev谱元法

通过在每一个单元中采用谱展开近似,Chebyshev谱元法兼具了有限元处理边界及复杂结构的灵活性和谱方法的快速收敛特性,为弹性波传播的数值模拟提供了一种有效工具。从加权余量原理出发,详细阐述了Chebyshev谱元法用于弹性波传播模拟的基本理论及相应数学公式.给出了使用Chebyshev正交多项式展开得到的,存在等参变换时有关单元质量矩阵和单元刚度矩阵的精确积分公式。同时应用逐元技术极大地减少了内存和计算需求.最后,两个数值算例被用于验证这种谱元方法的高精度和强适应性。     

电子温度各向异性对螺旋波等离子体中电磁模式的传播及功率沉积特性的影响

采用考虑粒子温度各向异性热等离子体介电张量模型,借助磁化、均匀密度分布等离子体中电磁波的一般色散关系,在低磁场、低气压螺旋波等离子体典型参量条件下,理论分析了电子温度各向异性对电磁模式传播特性和角向对称模功率沉积的影响.研究结果表明:对于给定的纵向静磁场B₀(或波频率ω),存在一个临界波频率ω_cr(或纵向静磁场B_0,cr),当ω>ω_cr(或B₀0,cr)时,电子回旋谐波遭受的阻尼开始显著增大;相比粒子温度各向同性情形,粒子温度各向异性彻底改变了波的传播特性,即相位常数和衰减常数均出现峰值现象;在考虑电子有限拉莫尔半径效应和电子温度各向异性情形下,Trivelpiece-Gould (TG)波碰撞阻尼在整个电磁波功率沉积中占据主导地位,电子纵向温度T_e,//存在某一临界值,在此临界值处TG波功率沉积出现峰值P_abs,TG,且随着T_e,⊥/T_e,//的减小,...     

电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响

采用一般的径向密度非均匀分布假设,借助温等离子体介电张量模型,利用磁化等离子体中电磁波的一般色散关系,在高密度峰值、低磁场、低气压典型参量条件下,重点分析了电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响.研究结果表明:在典型螺旋波等离子体电子温度范围(3, 8) e V内,电子有限拉莫尔半径效应应当予以考虑,而离子有限拉莫尔半径效应可以忽略.低磁场条件下|n|> 1次回旋谐波对介电张量元素的贡献可以忽略.碰撞阻尼在功率沉积中占据主导地位,功率沉积在偏离等离子体柱中心轴的某一径向位置出现峰值,随着轴向电子温度T_{e, z}的增大,功率沉积强度逐渐增强.相比等离子体温度各向同性情形,等离子体温度各向异性显著改变了螺旋波m=1角向模的功率沉积特性,电子温度各向异性因子χ=T_e,⊥/T_{e, z}的增大或减小均导致功率沉积强度发生剧烈改变.     

含有孔隙的层状材料中声表面波传播特性的理论研究

研究含有孔隙的层状材料中Rayleigh波的传播特性。采用本征函数展开法,并利用孔隙率与材料的弹性常数和密度之间的关系,模拟了不同孔隙率情况下铁基氧化铝层状材料中Rayleigh波的相速度色散曲线,分析了孔隙率对铁基氧化铝层状材料中Rayleigh波相速度的影响。Rayleigh波色散曲线的变化规律能同时反映层状材料中弹性模量、泊松比、密度和孔隙率的信息,为含有孔隙的层状材料参数的反演提供了理论依据。     

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。