利用压电导波层状管道结构的损伤识别

目的绘制层状管道结构导波的频散曲线,提出一种利用压电超声导波层状管道结构损伤识别方法.方法利用Navier方程及边界条件建立频散方程并进行数值求解,分别绘制出空管和充液两种情况下的导波频散曲线.为了验证理论分析结果,利用压电导波试验方法,对一个长2 m的层状空管和层状充液管道中的人工周向缺陷进行识别.结果导波的频散和衰减程度较弱的L(0,1)模态适合于层状充液管道中的损伤识别.随着导波频率的增加,频散效应逐渐增加,损伤识别能力也逐渐下降.对于充液管道,导波能量会通过液体中传播,降低损伤识别的精度.结论在对层状充液管道进行损伤识别时,应根据频散、衰减和导波结构等传播特性选取合适的纵向模态.利用压电导波进行层状管道结构损伤识别是十分有效的.     

超声导波在充液埋地管道结构传播特性的理论研究与试验验证

目的针对内部载有液体并且埋置地面以下某一深度或者水下管道健康监测的难点问题,推导出充液埋地管道超声导波频散曲线方程,用来确定管道健康监测的激发频率和模态.方法利用Navier-Stokes方程在势函数中耦合一个附加的位移场方程并引进第二类Hankel函数,推导出充液埋地管道的频散曲线方程并进行试验验证.结果通过埋地充液状态下管道试验系统测得的群速度和衰减值与推导出的频散曲线方程的理论值相差1.05%,基本符合.结论附加位移场方程可以模拟超声导波在土中传播情况,第二类Hankel函数可以表征波的能量从管中扩散到很远距离并且逐渐衰减消失的这种特性进而推导出超声导波在充液埋地管道中传播的频散和衰减曲线,根据频散曲线可以确定管道健康监测激发频率和模态.     

弹性介质中有限长圆柱壳的非轴对称自由振动

对弹性介质中有限长圆柱壳的非轴对称自由振动特性进行了研究,导出了弹性介质一圆柱壳耦合的频散特征方程,利用数值方法得到了圆柱壳的固有频率结果,从数值计算结果可以看出弹性介质中圆柱壳存在截止轴向模态,而截止模态与弹性介质的刚度和圆柱壳的周向模态有关,圆柱壳周围弹性介质的存在增大了圆柱壳的固有频率,研究结果对实际埋地管道振动的研究具有指导意义。     

层状管道结构频散曲线绘制及试验验证

目的推导层状管道结构中超声导波的频散方程,利用频散方程绘制其频散曲线,并通过试验来验证频散曲线的正确性.方法基于Navier波动方程并根据边界条件建立了层状管道结构的频散方程.从理论上分析了层状管道结构中三种模态超声导波的传播特性.根据推导出超声导波的频散方程,通过数值方法绘制出了超声导波在层状管道结构中的频散曲线.对超声导波的频散曲线和位移特点进行了分析,并选出适合激励的超声导波频率.构建与数值计算层状管道模型相同的试验系统并进行试验研究,利用试验验证了所建立的频散曲线的正确性.完成了层状管道结构纵向波动试验,激励频率在1~9 k Hz,对试验结果与理论值进行对比和误差分析.结果L(0,1)在管道结构中传播速度与理论值最大误差值为1.5%,可以发现两者相似度较高.结论笔者所绘制的频散曲线能够较为理想的反映出超声导波在层状管道中传播的真实情况,这对实际检测中激发信号的频率和模态的选择具有重要意义.     

充液管道纵向导波在黏度测量中的应用研究

利用COMSOL仿真和实验,研究并证实了充液管道纵向导波测量液体黏度的可行性.有限元仿真采用声固耦合模块、特征值求解器来获得导波实波数、复频率和波结构,以及不同模态的位移和声压分布.实波数和频率实部构成群速度频散曲线,频率虚部和频率实部构成衰减频散曲线.计算和测试了不同充液属性时纵向导波的群速度和衰减频散曲线.黏度不影响导波群速度频散曲线,黏度增加时,衰减系数增大;密度增加时,导波群速度和频散区的衰减均变小,而非频散区的衰减不变;纵波速度增加时,群速度和衰减频散曲线均右移.     

频变黏弹性流体因子叠前地震F-AVA反演方法

地震波在含油气储层中传播时会发生不同程度的振幅衰减和速度频散现象,考虑介质黏弹性可更好地模拟地震波在复杂介质中的传播过程,构建频变黏弹性流体因子Fω*来定量表征孔隙流体引起的频散程度。依据Futterman近似常Q模型推导黏弹性频变AVA(F-AVA)反射系数近似方程,该方程与黏弹性介质精确Zoeppritz方程吻合度较高,系统地查明该方程的精度和F-AVA反演的可行性;此外,联合连续小波多尺度谱分解、贝叶斯估计框架和先验模型正则化,推导黏弹性介质叠前地震F-AVA反演的目标泛函,利用反复重加权最小二乘算法优化目标泛函。模型和实际测试结果验证了该反演方法的抗噪性和实用性,与常规频散属性的应用效果相比,该频变黏弹性流体因子Fω*的反演结果具有更少的"虚假亮点"干扰,该方法可以更有效地应用于储层孔隙流体识别中。     

均匀覆层梯度半空间中的Love面波

对覆盖一层均匀各向同性材料的功能梯度半空间中的Love波频散问题进行了研究，给出了Love波频散方程的一般形式．对功能梯度半空间的反平面剪切波的运动控制方程进行了求解，给出了半空间的位移、应力解析解，导出了该解析解下的Love波频散方程的一般形式．以功能梯度材料的剪切弹性模量和质量密度沿深度方向均呈指数变化和抛物线变化两种情况为例，进行了计算和分析，给出了频散曲线．结果显示：在最低阶振型频散曲线中出现了截止频率。     

层合压电压磁耦合弹性介质圆板的状态变量解

从横观各向同性层状压电、压磁耦合弹性介质材料的基本方程出发，导出了压电、压磁圆板在轴对称变形中的状态变量方程，并对其进行有限Hankel变换，得到一组常系数的常微分方程，再通过Cay]ay-Hamilton原理和利用传递矩阵方法导出了层合压电、压磁耦合弹性介质圆板的状态变量解．     

基于双相介质的地震流体识别

为避免间接计算的累积误差,提高储层流体识别精度,根据孔隙弹性介质理论,建立基于弹性阻抗反演的流体因子直接提取方法和固液解耦流体因子叠前地震反演方法。地震波在含烃储层中传播时发生速度频散,根据中观尺度岩石物理理论,提出基于叠前反演的频散属性提取方法,实现频散属性的定量表征,将速度的频散幅度用于流体识别。该方法实际工区应用效果良好。结果表明:以双相介质岩石物理理论为基础建立流体因子,依托叠前地震反演进行储层流体识别的方法精确可靠。     

带自由面充液航天器的自旋稳定性分析

研究充液航天器在液体晃动、航天器平动和摆动相互耦合情况下的自旋稳定性问题．采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法建立液体受迫振动的离散的动力学方程,并对液体自由振动的特征问题建立了有限元数值计算方法．由系统的动量方程、动量矩方程和液体受迫振动方程建立起刚－液耦合系统的姿态动力学方程,并由Ｋｅｌｖｉｎ定理,给出了充液航天器的自旋稳定性判据．最后以圆柱腔为例,分析了充液航天器自旋稳定性的结果．     

粘弹性波动方程正演和偏移

理论和实际研究均表明大地介质属于非完全弹性介质,它是具有粘滞性的粘弹性体,地震波在大地中传播时,质点的震动能量转化为其他各种形式的能量,这种能量的转化使地震波在粘弹性介质中传播时,其高频成分很容易被吸收,振幅近似按指数规律衰减,波形和相位失真.作者从二维粘弹性波动方程出发,在频率波数域内导出了粘弹性波动方程的正演和偏移算法.根据设计的地质模型,分别对粘弹性介质和弹性介质中的点状绕射源进行正演模拟,模拟结果表明介质的粘滞性对地震波予以吸收和衰减;将粘滞性介质中点状绕射源的正演结果,分别用粘弹性波动方程偏移算法和弹性波动方程偏移算法进行偏移模拟,并予以对比分析,其结果进一步说明了对实际介质中地震波的吸收和衰减作用的处理效果,证明了所得算法的准确性和有效性.     

VTI孔隙地层喷射流机制对井孔导波频散与衰减的影响

采用同时考虑Biot流动和喷射流动机制的横向各向同性BISQ模型模拟横向各向同性孔隙地层, 理论求解该地层中多极源激发的裸眼井孔导波声场, 通过数值求解井孔复频散方程的复根获得最低阶导波的相速度和衰减系数, 并考察了特征喷射流对充流体井孔中Stoneley波和弯曲波传播的影响. 结果表明: 考虑喷射流机制后,  喷射流变化不影响Stoneley波和弯曲波的频散, 但衰减均显著增大; 其衰减随水平和垂直特征喷射流长度变化的趋势相反, 其中弯曲波的衰减特性在低频段和高频段的变化规律还发生反转.      

双相介质中储层波场特征数值模拟研究

根据双相介质弹性波方程,并对弹性波方程进行分离得到了膨胀波方程。利用高阶差分对膨胀波方程进行数值模拟,边界处理采用完全匹配层的吸收边界条件,算法实现了任意高阶差分和自动加载边界条件的纵波方程正演模拟。计算结果表明,在双相各向同性介质中存在快纵波、慢纵波,两种纵波有明显的区别,快纵波的速度远大于慢纵波的速度。在分界面上,快纵波要产生透射快纵波、透射转换慢纵波,反射快纵波、反射转换慢纵波。慢纵波具有很强的衰减性,耗散系数越小,慢纵波越明显,反之亦然。该算法的高阶差分形式可以显著地降低数值频散,有效提高地震波正演计算的精度,适应性好,操作简便灵活。     

基于双孔模型的含流体各向异性介质地震波场数值模拟

裂缝的存在是诱导地下介质产生各向异性的主要原因,而裂缝中的流体则能够对地震波产生十分明显的能量衰减。本文基于双重孔隙介质理论,对含流体各向异性介质的地震响应特征进行了数值模拟,发现双孔介质的各向异性与介质的渗透率、裂缝密度、有效压力和频率均有重要联系。基于衰减各向异性理论,推导了含流体各向异性介质二维三分量应力-应变关系,结合旋转交错网格有限差分法,通过数值模拟给出了双孔介质中地震波的传播规律,结果表明裂缝密度的增大能够显著地增强介质的各向异性,使得q P波和快慢q S波垂直或平行于裂缝面的波前面均更接近椭圆,且流体的存在能够对q P和q S波相速度造成较为显著的衰减。     

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义色散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体多孔媒质界面特性及多孔媒质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性     

频散AVO反演方法在致密碎屑岩储层烃类检测中的应用研究

近年来实验室模拟和理论研究均表明含流体填充介质常常导致地震波发生不同程度的频散和衰减,利用地震波衰减方法来预测储层的油气分布情况文献较为常见,而利用含烃储层导致地震波的频散方法来进行储层的流体识别较少。本文从原理出发,推导了频散AVO反演公式,印证了频散AVO近似式应用于地震勘探领域的精度是可行的,应用频散AVO反演方法对大牛地气田致密碎屑岩储层的含气性进行了预测,取得的结果与实际钻井结果吻合很好。     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性分析

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程。再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程,在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

Rayleigh表面波理论频散曲线的特征方程解法

根据弹性波在层状地基中的传播方程，求出介质中的位移和应力分布，然后按照边界条件和各层面之间法向和切向作用力的连续条件，导出Ｒａｙｌｅｉｇｈ表面波传播的特征方程，求解该特征方程，得到表面波的理论频散曲线，这一方法不仅简单有效，计算速度快，而且避免了其他方程在数值计算中出现的困难，因而在无损伤检测的表面波谱分析方法中具有重要的作用。     

非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时 ,其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程 ,则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式 ,推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式 ,并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Marmousi模型进行了数值模拟试验 ,并与伪谱法进行了对比。结果表明 ,一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近 ,计算效率高 ,且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场     

非均匀介质填充波导传输特性的边缘元法分析

用边缘元法分析了非均匀介质填充波导色散特性,给出了波导中的统一色散方程,以部分介质填充波导为例进行了计算,所得结果与已有文献值一致