含弱界面的复合材料层合板对水平剪切波的散射

对含有弱界面的复合材料层合板,采用弱连接界面的剪切弹簧模型,借助波函数法研究了水平剪切波入射时层合板对波的散射,得到了解析结果.数值计算结果表明,弱界面处在不同位置时,对以一定角度入射到复合材料层合板的水平剪切波,其反射和透射系数有明显变化;当层合板中弱界面的力学性能参数强弱不同时,以入射角为变量所得到的透射系数和反射系数曲线呈现出明显差异.证明了根据含弱界面复合材料层合板所得到的水平剪切波的散射规律,不仅能够确定反映弱界面力学性质的参数R的大小,而且还能够判明弱界面所在的位置,这将为复合材料层合板中弱界面的超声无损检测提供依据.     

P1波在饱和土层和建筑基础界面的反射与透射

考虑了土颗粒、孔隙流体的压缩性及孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用,采用修改的Biot模型分析入射P1波在饱和土体和建筑基础界面的反射与透射,得到了反射系数与透射系数的一般计算式,并对反射系数、透射系数随入射角、频率的变化规律进行了数值模拟.结果表明,入射角是影响反射和透射系数的主要因素.     

含各向异性层的多层结构中的横波传播

对含有各向异性层的多层结构中波传播问题的数学描述非常复杂,这一复杂性源于界面的多样性和各向异性介质物理性质的特殊性.针对此问题,基于传递矩阵方法,以界面为刚性连接的各向同性/正交各向异性/各向同性3层结构为例,导出了此类结构中SV波和最低阶模态SH波(即SH0)的反射与透射系数表达式.利用数值模拟研究了入射角度、频厚积和中间层介质对横波传播特性的影响.结果表明:SV波入射多层结构会有临界角存在,SH波入射无此现象.当声波垂直入射,随着频厚积的增大,多层结构中SV和SH波的反射和透射系数曲线会产生多阶谐振.研究结果为实际实验中采用横波入射检测类似于各向同性/正交各向异性/各向同性的多层结构提供了理论依据.     

实物粒子在周期势阱上的完全透射能量公式

实物粒子能量E大于势能的最大值时，粒子的运动状态为游离态，游离态的能量是连续的．处于游离态的粒子在势场的非均匀界面上，必有反射和透射现象发生．透射系数一般小于1．研究发现，当游离态粒子的入射能量E取一系列特殊离散(量子化)值，会出现完全透射现象(即透射系数T=1)．导出了粒子在周期势阱上完全透射时的能级公式．     

不同界面形式的粘接结构中纵波的反射与透射

鉴于处于不同界面形式的多层粘接结构中波传播问题的描述非常复杂,在将粘接薄层假定为具有松弛时间τ的黏弹性体的情况下,推导了平面纵波入射时板状粘接结构中含有无量纲参数ωτ的纵波和横波的反射与透射系数表达式.将该方法应用于铝-环氧树脂-聚苯乙烯结构并与已有结果进行比较,证实了利用对ωτ赋值表征界面状态的可行性;以钢-环氧树脂-钢粘接结构为例,研究了入射角度和频厚积的变化对声波反射与透射特性的影响.结果表明:当纵波垂直入射时,若粘接界面为完好或滑移连接,纵波的反射和透射系数曲线会产生周期性谐振;当倾斜入射时,在特定频厚积下,采用纵、横波的反射或透射系数法可有效辨别界面形式;为实验采用超声波检测粘接结构提供了理论依据.     

基于Comsol Multiphysics的十字状裂隙中流体运动特征分析

地震波在岩石中传播时,在微观尺度下的十字状裂隙中,压力梯度会引起垂直于波传播方向的扁平裂隙中流体流动到临近的平行于波传播方向的裂隙中,这个流动过程具有特征尺度小和持续时间非常短的特征,被称之为微观喷射流。针对喷射流机制提出一种新的数值方法,认为多孔介质的固液两相分别遵循不同的物理方程,并为了深入了解在地震波的作用下裂隙中流体的流动特征及压力分布情况,应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对平面波入射导致的喷射流的发生过程进行数值模拟,分析不同时刻水平及垂直裂隙轴向上流体流动速度和压力状态。结果表明:在水平裂隙中,越靠近中心位置,流体的流速越大,压力越小,在中心位置处达到其最大值和最小值;在垂直裂隙中,越靠近中心位置,流速也是逐渐增大,在中心位置处流体速度达到最大值,由于压缩波的传播方向与垂直裂隙的轴向一直,在波传播方向上使流体强制运动,其次水平裂隙中流体在壁面压力作用下流入到垂直裂隙中,造成垂直裂隙流体压力不规则变化的现象。     

一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面电磁波透射特征

运用微扰法研究平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,推出了不同极化状态的透射波散射系数公式。采用一维带限Weierstrass分形粗糙面模拟实际的分层介质粗糙面。结合一维带限Weierstrass分形粗糙面的功率谱,导出了平面波入射一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面的透射系数计算公式。通过数值计算。得出了HH极化状态下一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征、随频率变化特征。结果表明,分维、空间基频、标度区间、底层介质介电常数、中间介质介电常数及厚度、粗糙面参数、入射波频率对透射系数的影响非常复杂。     

管壁接头对圆柱壳波传播的影响

研究了振动波在弹性圆柱壳内的传播特性，分析了不同波的相互作用特点及随频率变化的波型转化规律；还从减振降噪的角度分析了管道中插入柔性接头对管道入射传播波和通过该接头的透射波的作用；分析了不同性质的入射波在经过柔性接头后，其反射系数和透射系数随频率、接头几何尺寸及材料性质的变化规律．     

高温蒸汽作用油页岩孔隙-裂隙结构演化规律实验研究

油页岩孔隙裂隙演化规律是影响对流加热方式原位流态化开采油页岩的关键影响因素。选取新疆巴里坤油页岩试样，首先利用自主研制的高温蒸汽作用实验系统对试样进行加热，然后采用显微CT和扫描电镜对不同温度作用后的油页岩的孔隙裂隙特征进行测试，并利用Avizo软件，对油页岩孔裂隙结构、内部渗流场特征以及表面微观特征随温度的演化规律进行了详细地研究，结果表明：1)原始状态下油页岩内部裂隙以微裂隙(100～500μm)为主，随着水蒸汽作用温度不断提高，微裂隙数量呈指数形式增长，同时孔径较小的小孔逐步转变为孔径较大的中大孔。2)随着水蒸汽作用温度增加，油页岩孔隙度显著增加，由常温状态下的2.7%增加到555℃时的16.2%,是常温下的6倍。3)随着热解温度的升高，油页岩内部连通的孔隙也不断增多，为高温水蒸汽以及热解产物的运移提供了良好通道，总体上平行层理方向的渗透率总是大于垂直层理方向的渗透率。4)油页岩渗透性存在明显的各向异性特征，当热解温度为314℃时，油页岩在平行层理方向与垂直层理方向的渗透率差异性最大，渗透率各向异性系数量级可达103.研究结论对调控水蒸汽对流加热原位开采油页岩油气的工艺参数具有重...     

岩石动态与静态弹性参数差别的微观机理

根据对岩石动、静态弹性参数的观测结果及岩石力学与岩石物理学的相关理论 ,对动、静态弹性参数差别的微观机理进行了分析。结果表明 ,动、静态弹性参数存在差别是由于岩石内部存在微裂隙与孔隙流体。在不同应变幅值和频率的动、静态载荷作用下 ,微裂隙与孔隙流体的微观变形特征不同。在静态大应变下 ,沿颗粒边界或裂隙面的摩擦滑动使岩石表观模量减小 ,而声波引起的应变很小 ,不足以引起这种滑动。另外 ,动态载荷下岩石处于“不排水”状态 ,并因“粒间喷流”引起模量频散 ,使得岩石动态模量高于静态模量     

浅层震动波传播特性模型分析

依据震动波的振幅和频率衰减吸收特性,分别以Maxwell、Kelvin-Voigt和标准线性粘弹性介质为震动波传播介质,建立了这三种介质中震动波的传播特性模型。通过实验,计算比较三种模型预测波形与实测波形的相似系数,验证了建立的三种模型的描述效果可以用来描述浅层震动波传播特性。     

激光探测水下声信息的计算与分析

接收端接收到的光线是随时间变化的,所以通过运算就可以得到水表面微波的频率特性,又由水表面微波理论知道,水表面微波的振动频率等于水下声信号的频率,而水表面微波的频率又跟水表面微波的振动频率存在一定关系,因此,通过统计接收到的光线的变化规律,并根据水表面微波与它的振动频率的关系,就可以得到水下声信号的信息.在此理论的基础上,本文从光学的角度提出了光线分析理论模型,并对这一理论模型进行了分析、计算,为激光探测水下声信息理论的更进一步分析奠定了一定基础.     

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。     

基于波包能量的裂纹扩展监测实验研究

采用主动Lamb波监测技术对铝板结构中的疲劳裂纹扩展进行了实验研究.首先通过布置在结构中的压电片激发并采集Lamb波信号.然后分别把Lamb波信号的原始信号、信号包络及其特定尺度上的小波系数模值定义为波包,并建立了不同定义下波包能量的计算公式.将结构在裂纹扩展过程中传感器所接收的Lamb波So模式波包能量与健康状态下所得到的波包能量进行对比,得到每个裂纹扩展阶段的能量差,将其归一化后得到相应的裂纹损伤特征参数.最后通过实验分析得到该损伤特征参数与裂纹扩展程度之间的对应关系,从而揭示出Lamb波随裂纹扩展的变化规律.实验结果表明,利用上述方法所得到的裂纹损伤特征参数随裂纹扩展表现出特定的变化规律.该规律对于裂纹监测的进一步研究具有促进作用.     

煤层气富集矿井采空区瞬变电磁波场变换成像技术

煤矿采空区及采动裂隙是煤层气富集、渗流及赋存的重要载体,精准探测采空区位置及采动裂隙成为煤层气开采的基础工作.基于波场变换理论,采用非线性阻尼最小二乘算法对波场变换积分方程进行反演计算,开展了全空间响应校正及波场数据处理,阐述了矿井瞬变电磁合成孔径工作方法,进行了采空区三维模型波场成像数值模拟,在晋城煤层气富集矿区开展了巷道掘进超前及工作面探测工程应用试验.研究结果表明:波场变换成像技术能够提取瞬变电磁信号中的电性界面信息,对采空区及采动裂隙的富水边界反映明显,钻探验证结果同波场成像及视电阻率综合分析成果吻合,该技术可降低体积效应对采空区及采动裂隙解释工作的不利影响.     

随机波浪作用下的水中悬浮隧道力学模型实验

为了解随机不规则波作用下水中悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)的力学特性,通过1∶80的物理模型实验,得到了2~6 cm波高下悬浮隧道管段断面压强分布和锚索张力的时间历程曲线。研究表明:(1)SFT断面压强大小随波高增大而增大,基于速度势的边界元法衍射理论估算得到的垂向波浪力较水平波浪力大2%~12%;(2)在随机不规则波作用下,悬浮隧道管段锚索张力时间历程曲线呈现出明显的随机性质。同时由于锚索的自振频率落入波浪的频率范围内,锚索的自振模态被激发,模型强迫振动周期约为8 s。     

一种基于图像处理的岩石裂隙粗糙度几何信息算法

岩石节理裂隙的发育程度对精确预测山体灾害起着重要的作用。利用数字图像方法测量岩石裂隙粗糙度,在基于VC平台下编程得到了岩石裂隙曲线波峰与波谷之差、角点个数、与其拟合直线的交点个数和宽度4个信息几何参数,用得到的参数分析了裂隙粗糙度,并对其进行了有效量化。通过大量实验证实,这4个参数与岩石裂隙粗糙度系数之间有明显的关系,用这4个参数来描述岩石裂隙的粗糙度是一个可行的方法。     

叶片锤垂直振动法测定液体黏度的试验研究

以叶片锤为振子,研究弹簧振子在被测液体中作阻尼振动时,各振动周期内最大振动速度对数衰减率与被测液体黏度之间的关系。推导叶片锤垂直振动法测量液体黏度的黏度系数计算公式,设计叶片锤弹簧振子测试装置的基本结构,给出振动信号的提取方法,并利用该装置进行液体黏度的测试试验。研究结果表明:所推导的计算公式以多周期平均振动对数衰减率为特征参数,可以快速求得被测液体黏度,从而给出叶片锤垂直振动法进行液体黏度测量的理论依据;所得出的测试方法可以应用于液体的黏度测试,具有方法便捷、装置简单、成本低廉、测试结果可靠和能够连续测试等优点。     

裂缝性稠油油藏动态渗吸实验研究

渗吸是指一种润湿相流体在多孔介质中置换出另一种流体的过程,对于裂缝性油藏来说,渗吸是其重要的采油机理。为了研究动态渗吸的作用机理和效果,通过室内物理模拟实验研究了裂缝性稠油油藏动态渗吸的作用效果。结果表明:裂缝宽度对渗吸效果影响显著,裂缝宽度越大,渗吸效果越好;端面封堵减少了岩心与注入流体的接触面积,渗吸的接触面积减小,导致渗吸效果变差,渗吸采收率及速度都降低;原油黏度会对渗吸效果产生影响,原油黏度增大,渗流阻力增大,导致渗吸效果差,当温度升高至90℃时,原油黏度降低,渗吸阻力小,采出程度增大;注入速度也会对渗吸效果产生影响,存在最优值,0. 5 m L/min的速度注入时动态渗吸的采收率最高;在动态渗吸实验中,传统的静态渗吸无因次标度模型也能够较好的标度动态渗吸数据,因此采用标度模型预测裂缝性稠油油藏的渗吸采收率也是合理、可行的。由此可见,动态渗吸采油能够充分利用裂缝和岩石基质之间渗透率的差异,将岩石基质中的原油采出,增大原油采收率,改善开采效果。     

单面边坡高程放大效应的射线理论解

利用平面射线理论和方法,推导出单面边坡地震的高程放大效应理论解,可用于描述边坡临空面对地震波的反射,反映边坡的高程放大效应.边坡的高程放大效应是由于边坡自由面的反射作用形成的;动弹性模量、泊松比、坡度及入射波频率的综合作用导致高程放大系数稀疏相间、节律变化,入射频率越高,节律性越明显,极值点也越多;自然边坡由于受自由面反射、岩体界面的折反射作用,其值可能远大于坡脚的振动效应.