声衰减系数中的相位对消假象

本文首先分析了测量声衰减的信号接收装置。在此基础上,用直径0.06、0.5和1.4cm的三种压电接收换能器,在1—6MHz的频率范围内,测量超声在猪的心、肝、肌肉和脂肪组织中的声衰减系数,以研究这类换能器的相位对消效应对声衰减值造成的假象。经过实验证明:在测得的声衰减系数值中,确实潜在着压电换能器相位对消效应造成的假象;此种效应对声衰减数据的贡献大小,与接收换能器的面积大小相对应,同理论分析相一致;当使用小面积的换能器时,衰减系数与频率之间接近为线性关系。因此,要提高测量组织声衰减的精度,应采用小面积的压电换能器,或聚焦换能器。如果选用电声换能器、辐射力法和热学方法测量,可完全避免相位对消效应造成的假象。     

混凝土骨料粒径对声发射信号衰减特性影响

针对混凝土材料声发射信号衰减特性问题,探究了不同组分对声发射信号的衰减变化规律。选用不同骨料粒径(5～10 mm、10～15 mm和15～20 mm)混凝土试件进行断铅试验,研究分析声发射信号幅值、中心频率、波速等参数变化。结果表明：品质因子Q与波阻抗具有较好的相关性,15～20 mm骨料粒径混凝土试件的品质因子Q和波阻抗最小,声发射信号衰减最大。随着传播距离的增加,弹性波的幅值、中心频率、峰值电压均呈衰减趋势。混凝土骨料粒径越大,其幅值和中心频率的衰减系数越大,声发射信号衰减越明显,各频段信号衰减越快,信号频带变得越窄,其基准波速越小,波速衰减变化越大。当弹性波传播到900 mm距离处时,5～10 mm、10～15 mm和15～20 mm粒径试件的波速变化率分别为-33.85%、-34.88%和-35.91%。     

偏心情况下方位声波固井质量评价测井数值模拟研究

在水平井或大斜度井段,套管和测井仪器由于重力作用通常存在向下偏心的现象,这会对方位声波固井质量评价仪（AABT）的测量响应造成干扰,使其不能有效判别水泥窜槽方位。本文利用三维有限差分算法分别模拟了仪器偏心和套管偏心情况下方位声波固井质量评价仪的测量响应,分析了偏心距离与各方位接收波形幅度之间的关系,并在此基础上提出了一种水泥窜槽方位测量校正方法。数值模拟结果表明,仪器偏心对AABT测量响应影响很大,难以从首波幅度分布曲线中直接获取水泥窜槽的方位。基于仪器偏心时在自由套管条件下的响应特征,可以实现对仪器偏心效应的校正。从校正后的首波幅度分布曲线中,可以准确地获得水泥窜槽的方位。套管偏心对AABT测量响应影响很小,通常可以忽略。本文的工作为之后AABT实际资料的处理奠定了理论基础。     

土体结构与含水量对弹性波传播特性的影响

基于弹性波具有表征土体结构的特性,通过试验探究不同密度和含水量组合条件下的土体弹性波速度变化规律.结果表明:波速随着土体密度的增大缓慢增大,弹性波发射端土体越致密则距离波源最近的接收器测得的弹性波速度越高;弹性波是能量波的一种,受其传播距离以及土颗粒的阻碍会逐渐衰减;波速随含水量的增大而缓慢减小,土体从初始状态达到饱和...     

套管-水泥环-地层耦合系统热应力理论解

根据弹性力学和热力学理论,推导了套管-水泥环-地层耦合系统的热应力和热位移理论计算公式,分析了系统热应力和热位移径向分布规律,以及套管温升、弹性模量、热膨胀系数、壁厚、水泥环与地层弹性模量和泊松比等参数对套管热应力和热位移的影响.结果表明:随着离套管中心径向距离的增加,径向热位移和热应力先增大后减小,最大值分别位于地层和套管外壁,而套管上Von Mises应力值迅速下降,最大值位于套管内壁;随着套管温升和套管、水泥环、地层弹性模量与热膨胀系数的增加,套管内壁Von Mises应力和外壁径向压力增大,其中套管参数变化对计算结果影响更明显.在进行稠油热采井套管抗挤毁强度计算时,应考虑热膨胀在套管外壁产生的径向压应力的影响.     

表面波叉指换能器的二端电声特性测量

在设计声表面波器件时,叉指换能器的输入阻抗(或导纳),声散射和电声转换特性是很重要的参量。无论对发射或接收技能器,为了估计耦合强度(如计算K~2之值),确定声同步频率,调谐换能器到声同步;或是设计匹配网络与振源和接收负载相匹配,使换能器具有最佳的振幅和相位特性,必须知道换能器的输入阻抗或导纳。另外,测量输入阻抗的变化规律,对研究叉指换能器的工作特性(如激励的模式,声波的反射)以及在换能器设计时提供依据。     

多极子阵列声波测井仪系统设计及现场测试

设计一种新型多极子阵列声波测井仪,该仪器是当前油田现场测井服务中的重要装备。仪器的整体结构由上电子短节、声系和下电子短节等3个相对独立的部分组成,声系由发射声系、隔声体和接收声系组成。发射声系包括单极换能器、交叉偶极换能器和四极换能器,阵列化的接收声系包括8组频率为0.5~30 kHz宽带接收换能器组,共32个接收换能器单元。主测控电子线路短节包括以DSP为核心的控制电路、数据采集电路、前置接收电路及井下低压供电电路等几部分。由发射逻辑控制器、供电电路、高压储能电路、驱动电路、高压激励电路和脉冲变压器构成高压脉冲激励源。通过分析测井资料实例,说明仪器测量的正确性;并表明了仪器具有好的一致性和重复性。     

基于损伤累积的大跨度隧道（硐库）爆破振动传播规律

为研究损伤累积效应对隧道内爆破振动波传播与衰减规律的影响,利用萨道夫斯基公式对某大跨硐库施工过程中测得的爆破振动波结果进行拟合分析.结果表明:在单次爆破作用下,爆破振速与主频均随测点与爆破中心距离的增大而减小;在多次爆破作用影响下,测点爆破振速与主频均随爆破次数增加不断衰减;随着爆破次数的增加,衰减系数(α)缓慢增长,场地系数(K)逐渐衰减.现场爆破振动波的变化规律与室内试验结果相一致,且质点振动主频与峰值振速在变化规律方面存在较高对应关系.在进行振动波传播与衰减规律研究、爆破振动安全标准制定和振动危害效应评价时,应考虑损伤累积效应的影响.     

套管柱在钻井液-水泥浆耦合系统中振动特性的数值模拟

利用ANSYS Workbench数值模拟软件分析了油井环空内套管柱共振响应特性,研究了振动波在套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统中的传播规律。结果表明,套管柱共振频率随自身长度的增加而逐渐减小;套管柱底端振幅随频率、套管壁厚的增加而减小,随激振力的增大而增大;振动波衰减曲线分为快速衰减和缓速衰减两部分,振动波衰减速率随激振频率、套管壁厚的增加而逐渐减小,随激振力增加而加快;"强激振力+薄壁套管+低频"组合下共振效果明显,适合改善局部井段固井质量,而"弱激振力+厚壁套管+高频"组合振动波作用距离较远,适合提升长井段固井质量。     

超声热疗中媒质特性对声聚焦的影响

以凹球面自聚焦超声换能器为例,用瑞利积分进行数值模拟计算,研究声衰减、声速、温度等参数对声聚焦的影响,并对不同生物组织中声聚焦的特点进行了比较.研究表明,不同的媒质的特性参数聚焦表现出不同的特点.声衰减系数增大,则焦斑向声源靠近且焦斑缩短;声速越大,则焦距越小,但焦域最大声压值升高,焦斑的面积增大;温度变化不大时,对声聚焦的影响不明显.     

混凝土骨料粒径对弹性波特征参数衰减影响研究

混凝土的物料组成影响着弹性波特征参数的衰减规律,该规律的研究对于提高工程安全检测精度意义重大.以0.1～0.25 mm,0.5～1 mm,1～2 mm和2～5 mm粒径的砂为骨料制成板状混凝土试件,利用声发射测量系统记录不同传播距离处的信号全波形,分析骨料粒径对弹性波衰减过程的影响机制.结果表明:弹性波的幅值按负指数函数衰减,衰减系数分别为0.04375,0.02579,0.02185,0.01871,即骨料粒径越小,则幅值的相对衰减速度越快;弹性波能量衰减规律也符合负指数函数,粒径越小,则能量衰减速度越快;弹性波的衰减速度与频率密切相关,随传播距离的增加,信号主频和频谱重心均近似线性下降,即高频信号部分衰减更快;此外,声发射信号振铃计数大致呈对数函数衰减.     

串列风力机三维尾流场的实验研究

为了提高风电场效率,减小上游风力机尾流对下游风力机的影响,风电场中风力机的布置形式尤为重要.利用轴流式风机提供来流风速,使用三维超声波风速仪获得两台100 W水平轴风力机在不同串列间距时的尾流场速度分布及尾迹流动扩散规律.结果表明:在同一测量断面上随着径向距离的增大,轴向速度先增大后减小;随着串列间距的增大,相同测量断面上轴向速度逐渐增大,径向速度的波动幅值和频率减小,切向速度波动幅值减小.当径向距离为2倍风轮半径时,尾流流场中切向速度的波动幅值相差不大;串列间距不变时,随着轴向距离的增大,轴向速度逐渐增大,且速度变化幅度逐渐趋于平缓,速度峰值也由风轮中心沿径向向外推移,径向速度和切向速度的波动幅值减小.上游风力机的存在使得尾流流场中径向速度和切向速度的波动幅值增大,同时使得下游风力机输出功率减小.风电场规划中应尽量避免风力机串列布置.     

冻融循环作用对石灰改良黏土侧限回弹模量的影响

为研究石灰改良黏土经冻融循环作用后其回弹模量的变化规律,对不同石灰掺量最佳含水量下的土体进行了试验研究.试验结果表明:在掺灰剂量8％以下时,土体随掺灰剂量的增大其回弹模量逐渐增大,掺灰后的土体随着冻融循环的次数增加回弹模量逐渐减小;经历第一次冻融循环后的模量衰减幅度较大,经历6次冻融循环后其回弹模量值逐渐趋于稳定,各级掺量下的石灰土经冻融后模量衰减比例均小于素土;对于不同压实度下的土体,冻融循环下回弹模量衰减趋势大体相同,与未冻融土体相比,衰减值在30％左右.     

地裂缝场地下地铁振动荷载传播特性试验研究

为了研究地裂缝场地下地铁列车振动荷载在围岩土体中的传播规律及其对隧道结构的影响,以西安地铁为工程背景,采用1∶20的几何相似比,开展了地铁隧道与地裂缝30°斜交的围岩动力响应物理模型试验,测试分析了在不同频率和不同振源位置下,围岩加速度及隧道应变的变化规律.结果表明:地铁列车振动荷载的频率为20 Hz时,围岩的振动响应最为明显;当振动频率大于40 Hz时,随着频率的增加,围岩振动响应变化不明显.地裂缝对列车振动荷载的传播有一定的影响,当振动位于上盘时,随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,在地裂缝处衰减更明显;当振动位于下盘时,同样随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,但穿越地裂缝进入上盘后,振动几乎没有衰减,即上盘对振动有一定的放大作用.研究结果可为研究地铁运营安全及地面建筑的防振减振控制提供参考.     

三轴光纤陀螺测井仪设计与实现

本文提出的三轴光纤陀螺测井仪解决了长期困扰测井施工不能在套管中测量方位的难题;仪器采用DSP和FPGA的计算平台,实时采集光纤陀螺和石英加速度计的值,并通过四元素法不断更新姿态矩阵,从而达到了实时计算井斜和方位的目的。     

基于Flowmaster的输水管道泄漏仿真模拟

输水管道泄漏事故时有发生,快速、准确地判断泄漏位置及泄漏量一直是研究的热点。运用Flowmaster仿真软件对输水管道泄漏过程进行模拟,研究了管内流体的瞬变特性,分析了有、无泄漏时,不同阀门关闭时间、泄漏孔大小、泄漏位置等参数对管道瞬变流动规律的影响。结果表明:入口流量以及阀门末端处压力受阀门关闭时间的影响较小;随着泄漏孔径的增大,上游流量和压力曲线的衰减速度逐渐加快,且峰值处二次突变幅值增大;泄漏位置受阀门距离的影响较大,距离越近,压力信号的幅值下降越迅速,衰减速度也会逐渐加快。该仿真结果可为瞬变流泄漏检测提供理论指导。     

水平轴风力机三维尾流场的实验研究

以100W水平轴风力机为研究对象,利用三维超声波风速仪在风轮下游进行尾迹流场的速度测量.采用超声波时差法,获得风轮下游的三维尾流场信息.实验结果表明:风轮下游尾迹区内的流动存在明显的三维特性.由于风轮旋转和来流衰减,使得风力机尾迹区轴向速度存在严重的亏损,且尾迹区轴向速度亏损随着风轮下游轴向距离的增大逐渐减弱.但由于风轮旋转时叶尖涡脱落,在距测量中心径向较远处出现高速度区域.径向速度和切向速度在3倍风轮直径截面处最大,随着轴向距离的增大逐渐减小,且径向速度和切向速度的波动频率随着径向距离的增大逐渐减小.尾流场的湍流强度在风轮旋转半径内高于半径外,随着轴向距离的增大,湍流度先增大后减小,在远尾流区与大气来流逐渐融合,且流动逐渐趋于稳定,在8倍风轮直径位置处适合布置下游风力机.     

脉冲爆轰发动机近场爆轰噪声特性研究

为探索气液两相脉冲爆轰发动机爆轰噪声形成机理及控制方法,对雾化汽油近场爆轰噪声进行测量分析,建立理论模型并利用时空守恒元/求解元方法(CE/SE)进行数值仿真。结果表明:爆轰噪声主要由冲击噪声和射流噪声组成;冲击噪声在爆轰噪声中占主导作用,并引起爆轰噪声峰值;爆轰噪声峰值与径向距离三次方成反比;在0°、30°、45°和90°方向拟合得到的衰减系数分别为4.3×10-2、3.4×10-2、2.8×10-2和7.0×10-3;脉冲爆轰发动机近场爆轰噪声峰值指向性明显;随着角度的增大,爆轰噪声峰值逐渐降低;随着轴向距离的增加,射流噪声逐渐减小;当轴向距离小于900 mm时,射流噪声衰减速度小于冲击噪声衰减速度,当轴向距离大于1 200 mm时,射流噪声衰减速度大于冲击噪声衰减速度。     

不同根系方位及径级下草本植物根土复合体抗剪强度试验研究

本文选取中国过渡带北侧山地土壤与莎草科植物(针薹草)开展植物根-土复合体抗剪强度试验研究,分析不同根系方位及径级下草本植物根-土复合体抗剪强度增强作用以及抗剪强度指标变化规律。试验结果表明：相同法向应力下, 根-土复合体试样的抗剪强度随着方位角度的增大而逐渐增加,且当方位角θ=90°时即垂直布根时,根-土复合体试样的抗剪强度达到最大;根-土复合体试样的抗剪强度随着径级的增加而逐渐增大;随着根系方位角的增加,根-土复合体试样的粘聚力逐渐增大;相同方位角时,随着根系径级的增加,根-土复合体试样的粘聚力亦逐渐增大;根-土复合体内摩擦角与根系径级和方位影响不大且规律性不明显。     

页岩抗张力学行为各向异性实验与理论研究

开展彭水龙马溪页岩声波波速、巴西劈裂和声发射监测实验,明确页岩模量、抗张强度、声发射、破坏模式各向异性特征,并基于各向异性抗张强度CPA理论,分析页岩抗张强度及破裂角影响因素及变化规律。研究结果表明:1)随着加载角θ(加载方向与页岩层理面的夹角)增加,纵横波波速逐渐降低,抗张强度逐渐增加,破坏模式出现"简单—复杂—简单"的转变;2)随着微观参数Ω0(表征页岩强度空间分布)的增加,抗张强度逐渐增大,破裂角β_f(破坏面与基准线的夹角)在θ较小时逐渐增大,在θ较大时逐渐减小;3)径向应力对抗张强度及破裂角也有显著影响,随着径向压应力增加,抗张强度增加、β_f逐渐减小,而随着径向拉应力增加,抗张强度降低、β_f逐渐增大;4)随着抗张强度各向异性程度增加,抗张强度与β_f逐渐增大,并且β_f最大值会由较小θ逐渐偏向较大的θ。