重塑砂质含气沉积物的声响应特性与模型预测分析

海洋沉积物中气泡的存在对沉积物的声学特性有显著影响。为实现在实验室内对不同初始应力条件下含气沉积物的声学特性测量,研制了一套可用于土工三轴仪的双探针声学测量系统,基于CT扫描试验获得重塑含气砂样品中气泡群的尺寸分布,确定其共振频率范围。试验结果表明:细砂沉积物声速随气体含量的增加呈指数型降低,衰减系数随气体含量的增加呈指数递增,初始应力的增加会导致沉积物声速变快,声衰减变小。沉积物中气体含量0%~1.18%,测量频率250 kHz,有效围压100 kPa时,声速为1745~976 m/s,衰减系数为57~224 dB/m;有效围压200 kPa时,声速为1773~1011 m/s,衰减系数为41~192 dB/m。利用已建立的含气沉积物声学模型对试验结果进行预测对比,分析表明含气沉积物的声学模型除需考虑气泡的赋存状态和声波在沉积物固、液、气中的界面反射外,还需考虑沉积物所处的原位应力条件。     

蒸汽-水冷凝泡状流含气率分布

以双流体模型为基础,将前人实验得到的相界面浓度,相界面传热系数,气泡上升速度计算式引入双流体模型用来预测冷凝泡状流沿流动方向的含气率分布。模型预测结果与实验数据的比较结果表明,该模型能较好地模拟蒸汽-水冷凝泡状流含气率沿流动方向分布。     

声波的吸收与反射

测量声波幅度随传播距离变化的实验曲线,用波动学的观点分析实验数据,考虑到吸收和反射等耗散因素,计算出空气的吸收系数和换能器的反射系数.     

超声在粘接界面的反射和透射

本文讨论了有关超声在两种固体粘接界面上的各种理论模型，介绍了这些模型所假设的界面边界条件以及由此而得到的超声在粘接界面上的反射系数和透射系数。     

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。     

海面冰层对声波的反射和散射特性

北极海面冰层复杂多变,其对声波的反射和散射严重影响冰下水声信道的传输特性,建立海面冰层的声波反射和散射模型对冰下水声通信研究具有重要意义.假设海面冰层为多层固体弹性介质且冰-水界面粗糙,满足微扰边界条件,导出声波从海水介质入射到海面冰层时相干反射系数满足的线性方程组.对相干反射系数随声波频率、掠射角、冰层厚度的变化进行数值分析.进一步引入根据散射声场功率谱密度计算散射系数的方法,改变掠射角,对冰层厚度、散射掠角对散射系数的影响进行研究.     

参量阵辐射的声波在水-沙界面的传播

T.G.Muir等人指出参量阵辐射的声波在水-沙界面的透射同常规平面波透射相比较,具有两个特点:第一,透射波的峰值出现在联接水中发射换能器和沙中水听器的直视角方向上,而不是出现在Snell折射定律所规定的方向上;第二,当入射角大于临界角时,透射波掠角不为零,而且其衰减比较小。
在理论分析和实验研究的基础上,本文指出,这些异常现象是由参量阵的体积阵特性、沙层介质的吸收特性以及特定的实验方法所致。文中描述的等阵长参量阵入射情况下的研究结果,证实了上述论点,指出声参量阵辐射的声波在分层介质中的传播本质上依然满足Snell折射定律。参量阵的视线传播现象在某些应用中具有实际价值。     

电磁波在左右手介质界面折射与反射特性的研究

研究了电磁波在左右手介质界面折射与反射的特性,给出了折射系数和反射系数,从另外一个方面探讨了最小作用量原理在左手材料中的适用性;从电动力学和最小作用量原理证明了Snell定律,验证了Snell定律在左手材料中的适用性,并且得到Fresnell公式在左右手材料中的一致性.     

有限振幅声波在平面界面上的反射和折射

在文献[1]的基础上,进一步研究了有限振幅声波在平面界面上的反射和折射,求得了两种介质中的场,并对界面条件和折射关系作了讨论。 关键词：     

海底沉积物压缩波速度与切变波速度的关系

基于连续介质假设,根据无吸收各向同性弹性介质通用方程分析沉积物声波传播关系,提出应用弹性结构分布因子表达的声速通用模型(GMSS,General Model of Sound Speed)分析海底沉积物的声速特性;通过研究Willey时间平均模型、Wood方程、Gassmann方程、Buckingham模型、Biot-Stoll模型和EDFM模型,可以表述成GMSS通用模型中的弹性结构分布因子的具体表达形式,得出GMSS通用模型在解释压缩波速度和切变波速度特性上具有一致性的特点。GMSS通用模型具有弹性结构分布因子、孔隙度、孔隙海水的等效密度和等效弹性模量、固相颗粒的等效密度、固相颗粒的等效体积弹性模量和等效切变弹性模量共7个参数,为研究海底沉积物压缩波和切变波速度提供了一种模型简单、参数少、通用性强的方法。但也需要从物理结构上以及应力应变关系上开展更为深入的分析和探寻GMSS模型的物理意义和参数测量的方法。     

气泡对沉积物声学特性影响研究:以东海沉积物为例

气泡对海底沉积物的声学物理特性的影响在海洋学、海洋地质学和海洋地球物理学等领域中都有着重要的研究意义. 利用Micro-CT扫描仪对沉积物样品进行无损检测扫描, 根据沉积物样品中水、气和固体颗粒对X射线吸收率的不同, 提取了沉积物的气体体积(气泡)含量. 利用智能非金属超声检测仪对沉积物样品进行超声无损测定, 得到沉积物声速与衰减. 通过回归分析, 建立了样品采集海域沉积物孔隙填充气体与流体含量与沉积物声学特性之间的相关关系. 结果表明: 含气量的少许增大就会引起声速的急剧降低和声衰减的急剧上升, 但含气量超过10%后, 这种上升和降低的幅度明显减小.     

海底沉积物上的声反射

本文将海底沉积物视为一种紧密的湿颗粒介质。声波在其中传播时将出现两个膨胀波和一个旋转波。考虑到这些特征,再假设海水与沉积物的界面是平的,导出了平面声波在其上的反射系数的表达式。文中就松散颗粒介质的情况对反射系数进行了简化,得出了前人用唯象理论所获得的结果。文末将理论与实验结果进行了比较,两者的一致性较好。     

气泡体积分数对沙质沉积物低频声学特性的影响

由于有机物质分解等原因,实际的海底沉积物中存在气泡,气泡的存在会显著影响沉积物低频段的声学特性,因此研究气泡对沉积物低频段声速的影响机理具有重要意义.考虑到外场环境的不可控性,在室内水池中搭建了大尺度含气非饱和沙质沉积物声学特性获取平台,在有界空间中应用多水听器反演方法首次获取了含气非饱和沙质沉积物300—3000 Hz频段内的声速数据(79—142 m/s),并同时利用双水听器法获取了同一频段的数据(112—121 m/s).在声波频率远低于沉积物中最大气泡的共振频率时,根据等效介质理论,将孔隙水和气泡等效为一种均匀流体,改进了水饱和等效密度流体近似模型.模型揭示了气泡对沉积物低频段声学特性的影响规律,理论上解释了沉积物中声速的降低.通过分析模型预报声速对模型参数的敏感性,根据测量得到的声速分布反演得到了沉积物不同区域的气泡体积分数,气泡体积分数从1.07%变化到2.81%.改进的模型为沉积物中气泡体积分数估计提供了一种新方法.     

Surface acoustic waves at a free-metallized interface

Light scattering was used to study surface acoustic waves at a free-metalized interface on piezoelectric lithium niobate. An interaction region of several acoustic wavelengths was observed in which a reflected surface wave and a continuous spectrum of bulk waves are generated.     

Reflection coefficient of ultrasonic waves as a measure of interface stresses in high pressure multi-layer cylinders

Abstract

Contact stresses in high pressure multi-layer cylinders are sometimes measured using ultrasonic technique. As a measure of the contact stresses the coefficient of reflection of ultrasonic waves from the contact interface between two adjacent outer layers is applied. The coefficient of reflection is an involved function of several parameters. Experimental and theoretical investigations show that this function may change non-monotonously with frequency of ultrasonic waves which may lead to an ambiguity of the assumed criterion. In order to check this function for higher frequencies, measurements of the reflection coefficient from a contact interface between plane steel samples were made for the frequencies up to 190 MHz.     

压电晶体-液体-各向同性固体分层结构中的声反射和声透射

本文给出由压电晶体－液体－各向同性固体组成的分层结构中声反射和声透射的一些理论结果，与不考虑介质压电性的情形相比，反射和秀射声场具有大的复杂性，与晶体取向，界面电边界条件等均有关。     

Reflection of structural waves at a solid/liquid interface

This paper investigates the reflection characteristics of structural or guided waves in rods at a solid/liquid interface. Structural waves, whose wavelengths are much larger than the diameter of the rod, are described in a first approximation by classical one-dimensional wave theory. The reflection characteristics of such waves at a solid/liquid (melting) interface has been reported by two different ultrasonic measurement techniques: first, measuring the fast regression rate of a melting interface during the burning of metal rod samples in an oxygen-enriched environment, and second, monitoring the propagation of the solid/liquid interface during the slow melting and solidification of a rod sample in a furnace. The second work clearly shows that the major reflection occurs from the solid/liquid interface and not the liquid/gas interface as predicted by plane longitudinal wave reflectivity theory. The present work confirms this observation by reporting on the results of some specially designed experiments to identify the main interface of reflection for structural waves in rods. Hence, it helps in explaining the fundamental discrepancy between the reflection characteristics at a solid/liquid interface between low frequency structural waves and high frequency bulk waves, and confirms that the detected echo within a burning metallic rod clearly represents a reflection from the solid/liquid interface.     

Reflection and refraction of acoustic waves from the insulator-magnetoacoustic material interface

The reflection and refraction of longitudinal and transverse acoustic waves by the plane interface between an insulator and an easy-plane antiferromagnet undergoing a magnetic-field-induced orientational phase transition are analyzed. The angles of refraction, as well as all four coefficients of wave conversion, can be effectively controlled by varying the field. Conditions for the appearance of the critical angles of internal reflection and the effect of the magnetic field on these angles are considered. A glancing wave radiated into the material is shown to be a possibility near the phase transition.     

Surface acoustic waves at the vacuum-thermoviscoelastic solid interface

The present investigation concerns the propagation of surface waves at the vacuum-solid interface of a solid which is isotropic and thermoviscoelastic, i.e., for which the effects of heat conductivity need to be taken into account. Calculations show that, in addition to the Rayleigh wave, a thermal surface wave propagates that couples both the thermal and the elasticity effects. This latter wave is interpreted in terms of evanescent plane waves. The displacement field associated with this wave is calculated and interpreted. Some experimental results are also presented.     

凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射

开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究,利用射线近似方法,得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式,对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式,对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论,发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果. 关键词： 凹面阵列 超声相控阵 反射与折射