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.     

Si对Al-Zn-Mg-Cu合金组织、断裂和局部腐蚀行为的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及室温拉伸、剥落腐蚀等测试方法,研究了微量的Si对Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织、性能和局部腐蚀的影响.研究表明:随着Si含量增加,合金的强度先增加再减小,0.040%Si(质量分数)时合金的强度出现峰值;合金的力学性能各向异性随Si含量的增加,先减小再增大,0.025%Si时,力学性能各向异性最小;随着Si含量的升高,合金横向断裂模式从以穿晶断裂为主向沿晶断裂转变.与合金纵向强度变化幅度比较,Si含量对合金横向强度影响显著.     

垂直对称轴的横向各向同性介质中Thomsen参数对相速度和群速度的影响

相速度和群速度对于研究弹性波在各向异性介质中的传播具有重要意义;同时对合理评价地震资料解释成果也具有一定的指导意义。深入研究Thomsen参数与群、相速度的关系有助于研究复杂地层中波的传播规律以及速度的变化趋势,从而使地震资料解释更加准确。首先简要推导了各向同性(VTI)介质中弹性波的群、相速度解析表达式,然后通过编程实现,直观显示了三维速度曲面的变化特征与Thomsen参数的联系;并通过二维及一维速度曲线变化加以验证。实验结果表明:VTI介质中群速度较相速度对Thomsen参数的变化更加敏感;其中随着ε(q P波各向异性强度表征参数)与δ(描述纵横波相速度的过渡性参数)差值的不断增大,各向异性程度明显增强,群速度剧烈变化;尤其是q SV波;随着γ(横波分裂强度表征参数)值的不断增大,SH波群、相速度面的扁率也不断增大。     

钢花管中低频纵向导波模态传播特性的数值仿真

钢花管是管棚超前支护中的核心承力构件.采用有限元仿真分析了低频纵向导波模态在钢花管中的传播特性和检测能力.建立带注浆小孔的钢花管中低频纵向导波模态传播的有限元模型.选取频率30kHz的L(0,2)模态用于钢花管检测.当注浆小孔直径为10mm时,孔数的变化对频率30kHz的L(0,2)模态第一次和第二次端面回波信号幅值影响较小.但随着孔数增加,该模态的群速度呈线性下降,每增加1个孔,该模态的群速度下降0.76m/s.研究孔数不变时孔径对频率30kHz的L(0,2)模态传播能力和传播速度的影响,结果显示孔径变化对该模态的能量传播影响较小.孔数和孔径对端面回波幅值影响较小,表明低频纵向超声导波具有对钢花管进行长距离检测的潜力.然而,随着孔径的增加,该模态的群速度也逐渐下降,但下降幅度不一致.研究结果为将低频纵向模态应用于钢花管结构的无损检测奠定了一定的基础.     

压力下Si/Ge超晶格热电材料的声子谱和群速度

利用面心立方模型和晶格动力学理论计算了Si/Ge超晶格材料的纵向(z)和横向(x)声学声子谱,用半解析的方法计算了声学声子传播的群速度.计算结果表明,纵向声子谱有简并的现象,横向声子谱没有简并,在布里渊区的中心和边界,纵向和横向声子的群速度几乎减小为零.引入流体静力学压力并修正应变存在时的力常数,研究了应变对超晶格材料声子谱和群速度的影响,结果表明,静压使声学声子的频率系统性上升,使声学声子的群速度明显增大.     

Cu对Al-Zn-Mg-Xcu合金组织、 断裂及淬透性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及室温拉伸、末端淬火等测试方法,研究了Cu对Al-7.6Zn-1.6Mg-XCu合金组织、断裂和淬透性的影响.研究表明:随着Cu质量分数的增加,合金的强度先增加后减小,合金的强度在Cu质量分数为1.70%时出现峰值;合金的力学性能各向异性随Cu质量分数的增加,先减小再增大,Cu质量分数为1.45%时,合金的力学性能各向异性最小;随着Cu质量分数的升高,合金横向断裂模式从以穿晶断裂为主向沿晶断裂转变.与合金纵向延伸率变化幅度比较,Cu质量分数对合金横向延伸率影响更加显著.随着Cu质量分数的升高和淬火速率降低,合金时效后平衡相的周围出现明显的无沉淀析出带,导致合金硬度下降明显,淬透性也大大降低.     

横向各向同性介质中的地震波传播特性

在各向异性介质中 ,地震波的传播特性随传播方向而变化 ,常表现为地震波传播的相角和群角、相速度和群速度的不一致性。应用理论模型计算方法研究了具有垂直对称轴的横向各向同性介质中P波、SV波的传播规律和Thomsen参数对P波相速度的影响。计算表明 ,横向各向同性介质中的P波与SV波的相速度曲线不再是各向同性介质中的圆形。就相速度而言 ,在垂直方向附近 ,SV波的速度变化要比P波明显得多 ;Thomsen参数vS0 对P波相速度的影响非常小。研究结果对各向异性介质中的弹性参数反演、速度反演、NMO、DMO及时间域的偏移有着重要意义。     

改进H-B准则的层状岩体隧洞塑性区半径与应力场分析

基于改进的各向异性Hoek-Brown(H-B)强度准则,推导得到层状岩体隧洞围岩塑性区应力场表达式,获得围岩塑性应力分布和塑性区半径解析解.与横观各向同性应力解对比,论述应力分布计算式的正确性与优越性,并分析层理面与最大主应力方向夹角β,地应力p_0,围岩单轴抗压强度,以及H-B强度准则经验参数mi对塑性区半径的影响规律.以片麻岩体隧洞为例,重点讨论文中解对β的敏感性.结果表明:当β=90°时,应力随着隧洞半径r增大而增大的速度最快;β对塑性区半径R_p的大小有重要影响.     

色散缓变光纤中高阶色散和高阶非线性下的交叉相位调制不稳定性

从包含高阶色散和高阶非线性的广义非线性薛定谔方程出发,理论上推导了色散缓变光纤(DDF)中交叉相位调制(XPM)不稳定增益谱,分析了4阶色散、5阶非线性系数以及光纤纵向色散参量对增益谱的影响.数值仿真结果表明:在DDF的正、反常色散区,4阶色散导致XPM不稳定均发生在两个频谱区.正(负)5阶非线性使增益谱的谱宽和峰值增大(减小).DDF中XPM不稳定增益谱宽比常规光纤的宽,且随着光纤纵向色散参量的增大,DDF中XPM不稳定越来越明显.     

低频桨-轴-壳体耦合振动声辐射机理研究

为揭示低频桨-轴-壳体水下结构耦合振动声辐射机理,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,从螺旋桨、推进轴系以及壳体结构传递特性出发,分析了各结构低频段模态频率与桨-轴-壳体耦合结构响应频率之间的相关关系,由此提出了桨-轴-壳体结构纵向和横向耦合振动声辐射峰值对应的优势模态。研究表明:螺旋桨桨叶对桨-轴系统的振动影响比较大,尤其是螺旋桨的全桨叶同向伞型弯曲振动对桨-轴-壳体的纵向振动声辐射贡献明显;桨-轴-壳体耦合系统的纵向声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体一阶纵向振动、桨-轴系统一阶纵向振动、壳体二阶纵向振动和螺旋桨全桨叶同向伞型弯曲振动,横向振动声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体弯曲振动及桨-轴系统弯曲振动;低频段螺旋桨纵向单位力引起的声辐射明显大于横向力作用下的声辐射。     

横向各向同性介质中的地震波传播特性

在各向异性介质中，地震波的传播特性随传播方向而变化，常表现为地震波传播的相角和群角、相速度和群速度的不一致性。应用理论模型计算方法研究了具有垂直对称轴的横向各向同性介质中P波、SV波的传播规律和Thomsen参数对P波相速度的影响。计算表明，横向各向同性介质中的P波与SV波的相速度曲线不再是各向同性介质中的圆形。就相速度而言，在垂直方向附近，SV波的速度变化要比P波明显得多；Thomsen参数vso对P波相速度的影响非常小。研究结果对各向异性介质中的弹性参数反演、速度反演、NMO、DMO及时间域的偏移有着重要意义。     

介电常数近零材料的光学辐射增强

采用各向异性磁导率近零介电常数壳层的柱形结构来实现光学辐射的增强。首先,建立研究壳层磁导率各向异性柱形结构光学散射的全波电磁散射理论;然后,通过调节柱形结构核层介电常数、壳层磁导率分别观察各向同性壳层柱形结构和各向异性壳层柱形结构功率增强因子的变化规律,并将各向同性壳层柱形结构的电场与各向异性壳层柱形结构的电场进行比较。研究结果表明:增大各向同性柱形结构壳层的磁导率,以及增大各向异性壳层柱形结构核层介电常数,可以使柱形结构的光学辐射得到加强,并且实现光学辐射增强的内半径得以减小;此外,文章研究的各向异性壳层柱形结构的电场比各向同性壳层柱形结构电场更大更稳定,从而各向异性壳层柱形结构具有更好的可调性和稳定性。     

三跨斜交简支梁桥地震碰撞反应参数影响研究

利用OpenSees地震仿真模拟平台,建立了3×30m斜交简支梁桥计算模型,通过改变斜度、纵向伸缩缝间隙、梁体与横向挡块间初始间隙,研究结构地震碰撞反应的变化规律,研究发现:桥面峰值转角随斜度和伸缩缝间隙增大呈现先增大后减小的变化规律,随横向初始间隙增大而逐渐增大;梁体纵向最大位移随斜度和伸缩缝间隙增大而逐渐增大,随横向初始间隙增大呈现先减小后增大的变化规律;墩底最大反力和墩顶顺桥向最大位移的变化规律与梁体纵向最大位移的变化规律一致.     

VTI介质中Thomsen参数对相速度和群速度的影响

相速度和群速度对于研究弹性波在各向异性介质中的传播具有重要意义,同时对合理评价地震资料解释成果也具有一定的指导意义。深入研究Thomsen参数与群、相速度的关系有助于研究复杂地层中波的传播规律以及速度的变化趋势,从而使地震资料解释更加准确。本文首先简要推导了VTI介质中弹性波的群、相速度解析表达式,然后通过编程实现,直观显示了三维速度曲面的变化特征与Thomsen参数的联系,并通过二维及一维速度曲线变化加以验证。实验结果表明：VTI介质中群速度较相速度对Thomsen参数的变化更加敏感,其中随着 (qP波各向异性强度表征参数)与 (描述纵横波相速度的过渡性参数)差值的不断增大,各向异性程度明显增强,群速度剧烈变化,尤其是qSV波;随着 (横波分裂强度表征参数)值的不断增大,SH波群、相速度面的扁率也不断增大。     

有机热载体炉积碳层中超声导波的检测试验研究

阐述模拟积碳层检测的试验装置,研究不同探头间距、不同周期和有无积碳层炉管对超声导波信号的影响。研究结果表明:频率为500 kHz时的L(0,2)模态导波在双层管道中的最佳探头检测间距为35~40 cm,最佳检测周期为5周期;当探头间距为40 cm、检测周期为5周期时,频率为500 kHz激励出的L(0,2)模态在厚度为3 mm的积碳管中的群速度比在空管中的群速度减少7.59%,从模拟试验中验证了可利用超声导波群速度检测积碳层厚度。该研究结果为基于超声导波的有机热载体炉积碳检测研究提供了依据。     

弯曲LED矩形阵列的光斑特性

引入弯曲度的概念建立了弯曲LED矩形阵列的模型,利用非相干光的叠加原理推导出计算弯曲LED矩形阵列的光斑半径公式、发散角公式和照度公式。研究了弯曲度对照度峰值、光斑半径、发散角的影响;通过计算得出:当弯曲度为0时照度峰值为158.3 lx,随着弯曲度的增加照度峰值逐渐增大,当弯曲度增加到0.25时照度峰值增加为168.74 lx;当弯曲度为0时,光斑半径为1.847 m,随着弯曲度的增加光斑半径逐渐减小,当弯曲度增加到0.25时光斑半径减小为1.775 m;当弯曲度为0时发散角为19°,随着弯曲度的增加发散角逐渐减小,当弯曲度增加到0.25时发散角减小为18°;计算结果表明阵列面的弯曲对照度、光斑半径、发散角都有明显的汇聚作用;结果的获得在理论上和方法上为利用弯曲LED矩形阵列来实现照明设计提供依据,弥补了之前在研究LED阵列中阵列面仅限于平面的不足。     

3阶非线性效应对飞秒脉冲在掺镁铌酸锂晶体中时域延迟的影响分析

将3阶非线性效应引入至基于电光效应控制的超短脉冲群速度理论模拟研究:当改变输入光强、操作温度、波矢失配、极化周期以及横向直流电场时,2阶和3阶非线性效应的共同作用对超短脉冲在掺镁铌酸锂晶体中传播群速度的影响要明显大于仅考虑2阶非线性效应的作用效果.3阶非线性的引入进一步完善了基于块状晶体电光效应的偏振耦合效应,实现“慢光”方案的理论指导意义.     

采用俞茂宏统一强度理论求解圆筒和球壳的极限值

使用俞茂宏统一强度理论,获得了薄壁圆筒的弹性极限压强和最小壁厚,并根据钢管与核心混凝土的横截面面积,求解了厚壁圆筒的纵向极限承载能力;按照俞茂宏统一强度理论,得到了球壳的弹性极限压强和最小壁厚。计算表明:对于薄壁圆筒,其弹性极限压强随中间主应力系数的增大而增大;当中间主应力系数很小时,弹性极限压强随拉压强度比的增大而略微减小,而当中间主应力系数较大时,弹性极限压强随拉压强度比的增大而增大;最小壁厚随中间主应力系数的增大而减小;当中间主应力系数很小时,最小壁厚随拉压强度比的增大仅有微小的增大,而当中间主应力系数较大时,最小壁厚随拉压强度比的增大而减小。对于厚壁圆筒,增加中间主应力系数或套箍指标都将提高其纵向极限承载能力;当中间主应力系数较小时,纵向极限承载能力随拉压强度比的增大而减小,而当中间主应力系数较大时,纵向极限承载能力随拉压强度比的增大而增大;塑性极限内压强随径厚比的增大而逐渐降低。对于球壳,其弹性极限压强随拉压强度比的增大而减小,最小壁厚随拉压强度比的增大而增大。     

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。     

锚杆锚固质量的超声导波检测技术研究

采用低频超声纵向导波检测了锚杆的锚固质量.首先研究了调制波类型及激励信号周期数对信号频谱的影响,优选出汉宁窗调制的正弦波信号作为检测信号,然后数值模拟研究了20~100 kHz纵向导波在锚杆锚固段上界面的反射情况,进行了纵向导波在锚杆底端与锚固段上界面反射回波的时间差确定锚固锚杆的脱锚长度,进而确定锚杆的粘结密实度的理论与试验研究,结果表明:随着频率的增大,锚固段上界面的反射回波系数逐渐减小.锚固段上界面反射回波系数的试验与数值模拟结果变化趋势差异较大,原因为传感器具有谐振频率及传感器与锚杆接触面耦合存在能量损失.粘结密实度测定的试验与理论结果吻合较好.