Biot和喷射流动耦合作用对各向异性弹性波的影响

考虑双相各向异性介质中固－流相对运动速度的各向异性，从流体质量守衡的基本原理和双向各向异性介质中的弹性波动力学方程出发，利用Ｄｖｏｒｋｉｎ等一维孔隙各向同性ＢＩＳＱ模型的思想，建立了双相各向异性介质中同时包含Ｂｉｏｔ和喷射流动机制的弹性波方程，同时考虑Ｂｉｏｔ和喷射流动作用过程时横向各向同性双相介质中波的频散和衰减数值结果表明：拟压缩波和拟ＳＶ波的衰减强烈依赖于渗透率各向异性，且高频、低频时的衰减     

双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

各向异性双重孔隙介质有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究, 建立了各向异性双重孔隙介质线弹性变形的有效应力定律. 并在此基础上, 分析了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的有效应力定律形式. 通过对该有效应力定律进行以下两种简化: (1) 简化成各向同性双重孔隙介质有效应力定律; (2) 简化成各向异性单重孔隙有效应力定律, 并将简化后的模型分别与已有的模型相比较, 说明该模型的合理性.     

弹性软模决定材料硬度

利用第一原理计算研究了共价晶体和离子晶体的单晶弹性常数及机械硬度.结果表明,对材料硬度起主导作用的是最软的弹性形变模式,而非普遍认为弹性模量的平均值.这体现了力学稳定性及各向异性在决定材料硬度时的重要作用.以碳化钨为例展示了上述理念在材料设计中的应用.通过氮或铼的合金化调节费米能级,从而强化最软的弹性模式,可以进一步提高这种硬质材料的硬度.     

激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数值模拟

激光熔覆再制造零件在具备优良性能的同时,其弹性性能呈现出声学各向异性,为声学检测带来困难,深入研究各向异性激光熔覆层及基体材料中超声波的传播特性,可以为这类再制造零件的超声无损评价提供重要的理论依据.本文建立了激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数学模型,通过计算获得了Fe314激光熔覆再制造涂层、45钢基体两层介质中超声波探头辐射声场的分布特征.研究结果表明:材料的各向异性对入射声场的影响程度与材料的慢度值有关,声束的偏转方向由慢度面的法矢量决定,声束的聚焦、散焦行为由慢度面的曲率决定.应用建立的模型模拟了激光熔覆再制造零件中横通孔、裂纹缺陷的回波信号.比较了数值模拟与实验测量结果,二者的幅值和相位都具有很好的一致性,有效验证了本文所建立的超声检测数学模型的正确性.     

正交各向异性板壳理论中的Schrdinger-Dirac方程

本文的研究对象为正交各向异性板壳。它包括由各向异性材料制成的薄板和薄壳,以及由于构造上的原因而表现为各向异性的薄板和薄壳。后者包括波纹板壳和加肋板壳。     

旋转交错网格有限差分及其完全匹配层吸收边界条件

将完全匹配层吸收边界条件引入到旋转网格有限差分中, 用以解决在非均匀弹性和孔隙弹性介质情况下数值模拟中的吸收边界问题, 同时, 将旋转交错网格有限差分法用于数值求解等效弹性介质、孔隙弹性介质和各向异性弹性介质的波动方程. 与普通的交错网格有限差分方法相比, 旋转交错网格有限差分的好处在于不同的物理量只位于两个不同的位置: 应力和应变(或质点速度和位移)位于离散单元的中心, 而质点速度或位移(或应力和应变)位于单元的顶点. 经过这样的处理后, 弹性常数就不再需要进行平均(模拟非均匀介质时)或内插(模拟各向异性介质时), 因为此时所有的弹性模量都位于相同的位置, 且与应力或应变的位置相对应. 为了验证新算法, 对相同的模型采用了不同的算法计算和比 较. 研究结果表明, 旋转交错网格有限差分算法和普通交错网格有限差分算法的结果吻合很好. 不仅如此, 新算法能很方便地处理声阻抗差别较大的非均匀介质, 特别是在模拟充有液体或气体的裂缝介质时更具优势. 另一方面, 应用完全匹配层吸收边界条件可以大大减少人工界面产生的反射波. 当边界层的厚度超过半个波长时, 在人工界面几乎无反射波产生. 理论和数值模拟结果表明, 旋转网格中的完全匹配层吸收条件与普通交错网格中的吸收效果和处理方法几乎相同. 此外, 建立了在等效弹性、孔隙弹性和各向异性弹性介质中的完全匹配层吸收条件的速度-应力差分方程系统.     

三维各向异性介质内界面上地震波的传播

各向异性介质中地震波动理论研究是现今地震学研究中的一项前沿课题与难题.界面上地震波传播行为研究对于理解波传播规律以及解释复杂的三分量地震记录等均具有重要意义,然而至今尚未见到这方面深入研究结果.本文从波动方程组出发,借助于边界连续性条件,推导得出三维各向异性介质中内界面上地震波的反射与透射系数,进行了数值计算并讨论了界面上地震波传播行为.     

纳米复合永磁材料的交换耦合相互作用与有效各向异性

以Nd2Fe14B/α-Fe为例， 研究了纳米（软、硬磁性）双相复合永磁材料中晶粒间交换耦合相互作用对材料有效各向异性的影响。计算结果表明：交换耦合作用随纳米晶粒尺寸减小而增强，材料的有效各向异性随晶粒尺寸的减小而下降、 随软磁性相成分的增加而降低，综合考虑剩磁和各向异性随晶粒尺寸减小具有相反的变化趋势，为得到具有高磁能积的复合磁体，晶粒尺寸应在10－15nm范围内，软磁性相的比例应限制在50％以内。     

二维各向异性介质中地震波前面参数方程的建立

本文从二维各向异性介质中地震波动偏微分方程组入手,建立了各向异性介质中波前面的法向方程,并利用特征带法求解常规的一阶偏微分方程获得了二维各向异性介质中地震波前面的参数方程.     

各向异性地球物理与矢量场

地球介质电阻率、极化率、速度和品质因子等物理性质的各向异性是广泛存在且被证明不可忽视的,因此,在地震学和固体地球电磁场研究中,各向异性问题的讨论由来已久,且是最近十多年来的前沿领域与热点.最近几年随着信息技术的快速发展,以及地球物理从一维到二维、三维和不同高度的矢量、立体张量观测技术的发展,使得研究更复杂的各向异性介质及地球物理响应矢量数据的发掘和应用成为可能,从而给现有的地球物理理论、方法和技术带来了严峻的挑战.尤其信息科学领域云计算技术和大数据研究与应用的蓬勃兴起,大量地球物理观测数据的利用和共享成为一种发展趋势.第567次香山科学会议"各向异性地球物理与矢量场技术"旨在通过对国内外各向异性地球物理和矢量场前沿研究的介绍、分析,会同后续云计算、地震学与矢量地球物理场观测仪器与技术3篇专业文章的详细展开,发掘、总结各向异性理论方法与矢量场研究中急需解决的关键科学和技术问题,以促进基础性、共性问题的攻关与探索.     

压电材料的裂尖对数奇异性

对于各向异性体平面问题,其裂尖奇异性的研究常采用Lekniskii公式和Stroh公式,如弹性材料和压电材料.与已有文献所得结果不同的是,本文报道了压电介质中的裂尖对数奇异性.对于一均匀各向异性压电介质中的半无限长裂纹,研究表明,当r趋于0时(r为裂尖至考察点的距离),其裂尖奇异性为r~(-1/2),或为r~(-1/2)Inr,r~(-1/2)In~2r和r~(-1/2)In~3r,这取决于边界齐次方程根的重数及重根性质.     

吹响进军各向异性地球物理与矢量场研究的号角

<正>固体地球介质物理性质的各向异性现象早已被国际地球物理学界所证实和接受.建立在这一物理现象基础上的地球物理理论与方法技术已在陆地油气与矿产资源勘探开发、海洋环境和资源调查、固体地球本体认识、环境监测等众多领域获得了初步应用,促进了各向异性介质理论和矢量物理场观测、地球物理数据解译软硬件技术的进步,但距离系统性的、各向异性和矢量场理论技术体系的建立和大范围应用还存在     

各向异性材料中的负折射行为

负折射是一种奇异的电磁学现象,近年来受到国内外研究者的广泛关注.除基于介电常数和磁导率同时为负值的左手材料实现的负折射行为外,材料的各向异性电磁性质为负折射的实现提供了新的途径.结合本课题组的研究工作,本文就各向异性材料中负折射产生的机理及其相关理论和实验研究的进展、热点进行了综述,重点讨论了倏逝波在强各向异性材料中传播的机制以及基于此原理的超透镜的研究进展与应用前景.在归纳目前研究存在的不足的基础上,论文最后对各向异性材料负折射研究的发展进行了展望.     

空间介质充放电研究现状及展望

空间环境与航天器介质材料相互作用引起的介质充放电现象是威胁航天器安全运行的重要因素之一.尤其是随着航天器工作电压的提高,该问题尤为突出,严重制约了高电压、大功率航天器的发展.本文综述了国内外空间介质充放电领域的研究现状、存在的问题及未来发展.首先,介绍了空间介质充放电现象及其危害,当前我国航天器发展对空间介质的工程需求;分析了空间介质充放电发展历程及新时期深空探测、国际空间站的发展对空间介质的新要求和挑战.其次,从介质充放电机理、放电抑制措施、数值计算和计算机仿真等方面,总结了介质表面充放电和介质深层充放电的研究现状和存在问题.再次,介绍了空间介质充放电试验与材料特性的研究热点问题.包括:电子辐射下表面电位衰减与材料特性;电子辐射下介质内部空间电荷原位测量与材料特性;电子辐射下介质真空沿面闪络特性.最后,结合当前研究中存在的问题,展望了空间介质带电领域亟需解决的科学问题.     

各向异性介质中地震波射线满足的改进型斯涅尔定律

各类介质中地震波遇界面时几何射线参数求取问题均涉及到斯涅尔定律的应用,各向同性介质中斯涅尔定律的应用已广为人知.由于各向异性介质中地震波相速度与射线速度即能速度强度和方向上的差异,故基于相速度所获得的经典斯涅尔关系式不适于求解各向异性介质中地震波遇界面时的几何射线参数,经典的斯涅尔定律需要修正.这对利用各向异性介     

含机构位移模式的超材料低频宽带波动控制

基于谐振微结构的超材料普遍存在有效工作带宽狭窄和工作频率位置受谐振子质量控制的问题,严重制约了弹性波超材料的应用推广.本文通过将机构位移模式引入超材料中,设计了由圆盘连杆机构组成的机构超材料,研究了其零频负刚度和双各向异性.通过同时引入机构位移模式和内部阻尼,在不增加整体质量的前提下,实现了局域谐振超材料的低频宽带振动控制.本文的研究探索了机构超材料中局部机构位移与整体超低频波动强耦合的机理,为工程结构的宽低频波动与振动控制提供了理论基础与设计指导.     

介质各向异性和非均匀性对横波分裂参数测量的影响

地震横波分裂参数是确定地球介质各向异性基本特征的重要依据.在过去几十年间,快横波偏振方向和快-慢横波到时差测量值的显著离散已经成为影响学界对地震各向异性和横波分裂进行深入研究的一个突出障碍.本文具体分析了实际地球介质的各向异性和非均匀性可能引起的地震记录上地震波震相观测走时和理论走时的偏离、观测偏振和理论偏振的偏离,以及震相观测序列和理论序列的偏离;指出了实际三分量地震记录上地震波震相矢量普遍存在的偏振非正交和路径非正交关系是传统正交分离和参数测量结果显著离散的根本原因;用仿真模拟实例分析了现有震相识别和波形分析方法可能带来的震相漏识别或误识别,介绍了利用矢量分析技术分离三分量观测记录上地震波震相完整波形的基本思路,推导了以地震波空间偏振矢量方向为参数的波形分离运算表达式,以及直接利用三分量地震记录的傅里叶频谱在不同坐标分量上的投影来测量地震记录上各个震相矢量空间方向的近似方法.     

正交各向异性材料HRR场控制方程

本文所有应力分量均用剪切屈服强度τ,无量纲化,所有应变分量均用剪切屈服应变γ_y量纲化。设坐标轴x_1,x_2,x_3方向沿着材料塑性正交各向异性主轴。加载函数Φ     

波在饱水孔隙粘弹介质中的传播

弹性体及粘弹性体中波的传播问题已有较广泛的研究,取得了很多有价值的结果,但对于饱含液体的孔隙介质中波的传播问题研究得尚少。近年来此方面已有一些显著进展。Biot对饱水孔隙介质的力学曾进行了很多研究,假定介质为理想弹性体与孔隙流体为可压缩的,建立了运动方程组,证明了此时存在两种P波和一种S波。笔者视介质为弹性的,流体为不可压缩的,建立了方程组,研究了平面谐波的传播情形,证明对应变波而言此时只有一种P波和一种S波,与通过此种介质波将遭受阻尼和弥散,并给出了计算二种波的相速度和阻尼常数的公