道路结构型地层瑞利波相速度频散曲线的完整求取

研究在实数域如何完整地求取道路结构型地层的瑞利波频散曲线.在以往研究工作的基础上采用附加层法,即假定原模型的最底层介质厚度为有限,再在其下部添加一个与表层介质物性相同的半无限空间,可使原复数域的求解问题转化到实数域进行,则利用瑞利波频散方程,用二分法可得原模型的多模式相速度频散曲线.在采用附加层法进行计算时,一般假定的层厚度较大,会出现高频数值溢出现象.为此,利用二分法的特点,当计算过程中数值趋于较大时,采用较小的有限值进行替代,并且保证不改变原计算结果的正负特性,避免传递矩阵法计算中高频数值的溢出.对2个假定的三层介质模型进行模拟计算,结果表明原模型瑞利导波曲线与附加层法的计算结果完全吻合,同时附加层法计算出了高频区域泄漏波模式的相速度频散曲线,从而验证了附加层法、高频溢出处理方法的正确性和可行性.     

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

根据边坡失稳的地球物理模型,系统研究了岩石边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征,总结了边坡从稳定→失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从中提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志,使瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面,而且还能评价边坡的稳定性,对边坡失稳进行综合预测预报.     

水平流体层中导波的传播机制及其数值计算

本文研究固体中一窄流体夹层内导波的传播机制。涉及导波的相速度、群速度的频散现象,导波的激发强度,导波在夹层内的传播。给出了理论公式及数值计算方法,编写了计算程序并绘制了相应计算曲线。理论分析和数值计算表明在流体层中有两类导波存在,本文的研究将有助于水平声测井技术的发展。     

瞬态瑞利波相速度算法研究

瑞利波勘探是近年来发展起来的一种新型的岩土原位测试勘探方法。目前对其计算出的相速度偏差太大，因此本文利用平面瑞利波在层状介质条件下的频散特性，对瞬态瑞利波相速度的算法进行了研究。利用快速傅里叶变换(FFT)方法，提出了对信号进行预先调制，之后再对所求得的相位进行修正的方法；另为还须考虑其仪器采集信号时的时间差影响。根据以上算法求得的相速度更接近瑞利波真速度，从而提高了相速度的分辨率和精确度。通过现场试验总结出了三种类型信号模板。     

螺旋杆结构中弹性导波频散特性研究

为获取弹性导波在螺旋结构中的传播规律,建立了螺旋坐标系下的弹性力学基本方程,得到了螺旋结构中半解析有限元形式的弹性波频散方程.频散计算结果验证了在钢绞线外层螺旋圆杆中弹性导波的L(0,1),T(0,1)和F(1,1)等模态存在频率截止,并进一步计算了圆柱螺旋弹簧和螺旋天线结构的频散中的相速度和能速度曲线.结果表明:a.不同螺旋结构的频散曲线中普遍存在着频率截止和模态分支现象;b.所推导的螺旋坐标系下的弹性力学方程可以满足对螺旋结构的弹性导波频散分析计算;c.钢绞线外层螺旋圆杆的弹性导波能速度频散曲线在中间频段部分与直杆上频散曲线的对应频段部分的特征相近,圆柱螺旋弹簧与同旋绕比的圆环结构之间的能速度频散特征相近;d.不同螺旋天线的结构形式差别较大,其弹性导波频散特性须要根据具体结构特点作具体分析.     

正弦型波纹板导波传播的理论模型与数值计算

为了探究正弦型波纹板中超声导波的传播特性,基于经典的自由平板中导波频散方程的推导方法,引入波纹板的结构参数,对波纹板中SH波和Lamb波的频散方程进行了推导.采用二分法数值求解频散方程,得到了波纹板相速度和群速度频散曲线.将波纹板和平板的频散曲线进行了比较,研究了导波不同模态的群速度随结构参数的变化规律.同时对波纹板中超声导波传播特性进行了有限元仿真,分析了正弦型波纹板中导波的实际传播距离随结构参数的变化规律.     

基于分向半解析有限元法的椭圆杆波动特性

波导结构中导波的传播特性是超声导波检测技术的重要基础.本文选择椭圆杆作为研究对象,在椭圆坐标系下,采用分向半解析有限元法,结合变分原理,建立运动方程.由此计算得到的圆杆相速度曲线与解析解的吻合,验证了计算方法的正确性.在此基础上,进一步研究了长短轴比以及物理参数对椭圆截面杆中导波频散特性的影响规律.结果表明,椭圆坐标系下分向半解析有限元法能够求解出椭圆杆的频散曲线,为椭圆杆结构的导波检测提供了理论依据.     

蜗卷弹簧导波频散特性研究与探头设计

蜗卷弹簧是高压断路器的关键零件,可用超声导波来检测裂纹损伤,超声导波的频散特性研究是影响导波检测的重要因素,也是导波探头设计的基本依据。本文首先推导了蜗卷弹簧的超声导波频散方程,说明理论上无法直接计算得到蜗卷弹簧的频散特性,通过借鉴圆柱壳结构周向导波的频散特性研究方法,把蜗卷弹簧的各圈近似为不同半径的圆柱壳结构、计算得到其频散曲线,从而得到蜗卷弹簧的频散特性,频散曲线表明蜗卷弹簧的形状参数是影响其频散特性的主要因素。以蜗卷弹簧外圈为例,计算了频率和探头入射角以及导波模态三者的关系,为导波探头频率选择及楔块角度设计提供参考。     

多分量瑞利波勘探研究

提出多分量瑞利波勘探技术的新思路，分析了噪声对相速度测量精度的影响，建立了用极化滤波提取有效瑞利波信号的方法。处理及分析表明：多分量瑞利波勘探与单分量法比较，勘探的可靠性有所提高。     

含左手材料光波导承载导波和表面波的模式研究

通过转移矩阵方法理论,研究含左手材料平板波导导波模式与表面波的特性.在TE极化情况下,包裹层为金属-芯层为左手材料的3层平板波导满足导波条件时,导波层能承载新功能的导波模式;不满足导波条件时,波导的包裹层和芯层都会出现不同指数规律衰减的表面波.     

含左手材料光波导承载导波和表面波的模式研究

通过转移矩阵方法理论,研究含左手材料平板波导导波模式与表面波的特性.在TE极化情况下,包裹层为金属-芯层为左手材料的3层平板波导满足导波条件时,导波层能承载新功能的导波模式;不满足导波条件时,波导的包裹层和芯层都会出现不同指数规律衰减的表面波.     

基于矢量波数变换法的主动源瑞雷波多模式提取方法在近地表地层结构探测中的应用研究

基于瞬态多道面波分析法(MASW)的数据采集方式, 对矢量波数变换法(VWTM)、相移法和高分辨率拉东变换法3种瑞雷波频散成像方法进行对比分析。首先, 采用合成地震数据对比3种方法的成像效果, 发现VWTM在成像精度和成像质量方面都有很大的优势, 成像分辨率高, 与理论频散曲线拟合准确, 高阶模式成像效果突出, 且抗噪能力也优于另两种方法。然后, 采用实际多道瞬态面波数据进行对比分析, 发现与相移法和拉东变换法相比, VWTM在瑞雷波基阶模式成像精度和高阶模式成像质量方面仍具有优势。采用遗传算法对比基阶与高阶频散曲线反演结果, 发现含有高阶模式的多模式频散曲线联合反演的多解性明显降低, 反演结果精度更高, 也更稳定。在实际瞬态瑞雷波勘探实践中, VWTM能够高质量地提取多模式瑞雷波频散特征, 可为多模式面波频散联合反演提供可靠的基础数据。研究结果表明, 将VWTM法与有效的反演方法相结合, 可以极大地提高瑞雷波浅地层探测能力和探测精度。     

液—固密度比对漏Lamb波色散特性的影响

基于对液体载荷固体板中漏ｈａｍｂ波传播模复波谱的计算，研究了液—固密度比对漏Ｌａｍｂ波色散特性的影响．计算结果表明，当液体密度接近固体密度时，一般认为的漏Ｌａｍｂ波和自由界面的Ｌａｍｂ波色散曲线基本一致的假设是不正确的．增大液—固密度比将导致漏Ｌａｍｂ模之间的相互作用，并发生部分漏Ｌａｍｂ模的重合、互易和分离现象．当液体密度从极稀薄向极稠密交大时，漏Ｌａｍｂ波的色散曲线从自由界面的Ｌａｍｂ模向法向位移为零的滑移突持边界条件的情况过渡．     

非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

圆柱壳中较高阶结构振动波的传播特性

研究了圆柱壳中较高阶周向模态结构振动波的频散特性，得到了相应的频散曲线．分析了自由振动波的性质及其随频率变化的规律，结果表明：高阶周向模态弯曲波具有通常意义上的弯曲性质；起始频率对扭转波和纵向伸缩波的传播性质影响很大；纵向伸缩近场波和扭转近场波都不具有通常意义上的纵向伸缩和扭转的性质，弯曲近场波则具有通常意义上的弯曲性质；衰减驻波大体上是弯曲性质的驻波．     

导波模态类型对锚固锚杆无损检测的影响

纵向模态、扭转模态和弯曲模态超声导波在锚固锚杆结构中衰减的差异性巨大,研究这3种模态超声导波的传播规律对无损检测中测试波的选择具有重要指导意义.应用全局矩阵法的理论计算方法和数值模拟方法分别对这3种模态导波的频散规律和传播规律进行研究,两种方法的研究结果吻合较好.研究结果表明,纵向模态在高频范围内存在衰减为20~44 dB/m的超声导波;扭转模态的所有导波衰减都大于180 dB/m;弯曲模态的导波衰减也大于50 dB/m.因此,纵向模态高频范围的超声导波由于衰减小、易激发等优点可以作为无损检测中的首选测试波.      

流体饱和度对Rayleigh波传播影响研究

基于三相孔隙弹性介质理论,本文推导出两种不相混的、黏性的、可压缩的流体饱和孔隙介质Rayleigh波控制方程解析解.该Rayleigh波沿着孔隙介质自由的、可渗透的表面传播.Rayleigh波频散方程解析表达式为三次多项式方程.求解频散方程的结果表明,该种介质存在三种类型的Rayleigh波（分别标记为R1,R2和R3）.在一定的频率范围内（1Hz-1 MHz）,本文数值研究了含水饱和度对三种Rayleigh波传播特性的影响.数值结果显示,孔隙介质的含水饱和程度对三种面波的传播速度和衰减有明显影响.三种面波在传播方向（x方向）和垂直于传播方向（z方向）上均存在振幅衰减.R1波传播速度最快,R3波居中,R2波最慢.R1波传播中衰减最小,R2和R3波次之,且R2和R3波随含水饱和度和频率的变化趋势基本相同.     

含左手材料四层平板波导的模式特性

【目的】研究一个中间两层为左手材料,覆盖层和衬底层为右手材料的四层平板波导(RHM-LHM-LHMRHM)系统。【方法】用数值计算波导的色散曲线,画出不同模式的电场分布图。【结果】该波导存在TE0模和TM0模,高阶模式的TE模和TM模会出现双模现象,在特定的波导层厚度下,TEm模和TMm模的有效折射率相同。缓冲层的厚度和介电常数越大,TM模的双模现象越显著。模系数m为奇数或偶数的电场分布图相似,但波导层厚度越大,其电场振荡越强,而缓冲层的电场振荡基本不变。【结论】通过控制左手材料的介质参数可以灵活改变波导的模式特性。     

Guided elastic waves in infinite free-clamped hollow cylinders

Guided elastic-wave-inspection technique for hollow cylinders has received plenty of attention in recent years because of its hieh effi-ciency ana tow cost.To apply guided elastic waves to detects detection,it is necessary to investigate the propagation of guided waves in the hollow cylinders under all kinds of boundary conditions.In this paper,the dispersion equations of torsional,longitudinal and flexural guided waves in the hollow cylinders with traction-free and clamped lateral boundaries are derived by elastodvnamic theory,based on wnicn the phase and group velocity dispersion curves of the guided waves mentioned above are obtained.And the dispersion properties of these waves are discussed in detail.The transient wave in a tree-clamped hollow cylinder is simulated by the finite element method(FEM).The time-frequency distribution of the transient wave agrees well with the theoretical group velocity dispersion curves.     

表面波测定涂层材料参数的反演方法

基于涂层结构中表面波的频散方程,提出了一种从实测的相速度频散数据计算材料参数的反演方法.通过引入以涂层参数、表面波相速度和频率作变量的目标函数,将实测的相速度频散数据代入目标函数,使其取最小值,从而反向计算出涂层的材料参数.为了解决单模态频散数据反演时的多值性问题,数值算例分别分析了采用表面波频散的二阶模态和三阶模态数据,同时反演3个材料参数(涂层密度、纵波速度和横波速度)的过程,验证了多模态反演方法的可行性.值得指出,该反演方法适用于任意多阶模态频散数据.