带状渐变非均匀介质中波的传播

对弹性波在带状渐变非均匀介质中的传播进行了研究，建立了非均匀介质中波动方程的一般形式；利用走时变换，考虑边界条件、辐射条件和非均匀带两端的连续条件对变系数偏微分方程式进行求解。对3种不同的具有二次变化的带状非均匀介质中波的传播得出了解析解，并进行了实例计算。在非均匀介质区域中的弹性模量不同变化情况下，得到了不同区域长度与接收波波幅之间的变化规律曲线，讨论了弹性波在非均匀介质中传播的一般性质，这些均为无损检测或波动反分析提供依据。     

任意方向点源问题的一个解析解

均匀弹性半空间表面点源产生的波场解析解属于Lamb问题,采用Cagniard-Hoop方法,对与水平面呈任意夹角的表面点源,求解了其作用于弹性半空间表面时的Laplace-Hankel双积分变换解.通过退化为弹性半空间垂直点源问题,与前人解答进行对比,验证了该计算方法的正确性.计算结果可为波场研究及相关工程领域提供理论基础.     

波在非均匀损伤介质中的传播

对弹性波在非均匀损伤介质中的传播理论进行了研究.利用走时变换,建立了非均匀损伤介质中波动方程的一般形式;通过非均匀损伤区两端界面处力的平衡条件和位移相容条件对方程式进行求解.对带状渐增和渐减的非均匀损伤介质中波的传播进行了实例计算分析,讨论了弹性波在非均匀损伤介质中传播的一般性质.     

横观各向同性介质中弹性波的交错格式差分解法

基于应力、速度混合变量弹性波方程及广义胡克定律，给出了一种横观各向同性介质中弹性波计算的高精度交错格式差分解法；本方法可适用于高泊松比材料，数值稳定性较好．均匀和非均匀横观各向同性介质中弹性波传播的数值模拟表明，本文方法计算耗时少、精度高，可有效地模拟复杂各向异性介质中弹性波的传播     

固体连续介质中地震波微分方程式及其有限单元法数值解

根据波传播问题的变分原理导出了固体的速度连续变化介质中地震波微分方程式,这是一个非线性的二阶微分方程组。在一般情况下,不能将此方程组分解为纵波波动方程和横波波动方程,该方程组也没有准确的解析解。本文讨论了方程的几种简化情况。当介质中速度垂直梯度很小,且波的传播方向接近于垂直方向时,介质中的弹性波可以分为纵波与横波,并能满足常用的变系数波动方程。介绍了连续介质中地震波微分方程组的有限单元法数值解。对泊松体和速度随深度变化的垂直不均匀介质设计了具体计算模型,分析了数值计算结果。初步试算结果表明,所述理论和方法是正确的。     

局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上厚矩形板的弯曲

在建筑结构设计中的局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上矩形板的计算一般采用有限元法和图表,在理论上很难获得一般性的解析解.本文以局部均布荷载作用下非均匀弹性地基上四边简支厚板的弯曲问题为例,由功的互等法导出了一般封闭解析解的表达式,给出了图表形式的计算结果,并与有限元结果进行了对照.证明了本文给出的一般性封闭解析解的表达式是正确的.     

瞬态波在非均匀损伤混凝土介质中的传播

研究了瞬态波在非均匀损伤混凝土介质中的传播,将连续非均匀损伤混凝土介质进行分层均匀损伤的近似处理,利用波谱系数传递矩阵和信号处理手段,计算了3种典型损伤模型对近似脉冲输入信号的时域响应.计算结果表明,由于损伤的存在,将导致响应波的波幅增大,波形畸变,损伤越大,这种增大和畸变的影响程度越明显.     

基于波动法的城市地下管线动态损伤识别

目的解决城市地下管线在运行过程中受到环境腐蚀而发生各种损伤的无损检测定位问题.方法基于弹性应力波在介质中传播理论对城市地下管线进行损伤定位.结合波动理论推导一维杆件在稳态正弦激励和瞬态半正弦激励下的振动解析解,并对弹性应力波在城市地下管线中传播机理进行数值模拟.通过杀死模型周向单元来模拟管线中的损伤,对应力波在带有单裂纹和双裂纹的管线进行数值模拟.结果瞬态半个正弦激励下一维杆件的振动解析解和数值解吻合得较好.由单、双裂纹损伤管线模型输入端入射应力波与反射应力波之间时差计算出的裂缝损伤所在位置与实际预设位置重合.结论波动法可以有效地识别城市地下管线中损伤的位置,为城市管网安全运行提供技术支撑.     

对波浪入射边界上反射波的消波及其验证

针对直接给定波浪入射边界条件时数值模型不能有效计算反射波的弊端,提出吸收入射边界上反射波的方法.该方法首先在离入射边界约1/2波长的范围内,计算入射波的理论解;然后将数值解减去理论解,得到真正反射波或由于数值累计误差所产生的伪反射波;再对反射波进行消波.结合非线性波传播数值模型,通过对水深均匀和具有水深复杂变化的台阶地形的水槽内波浪传播的数值模拟,说明所提出吸收入射边界上反射波的方法能有效消除反射波对入射边界的影响.     

非均匀饱和土中P-SV波的频散特性分析

以Biot多孔介质理论为基础,考虑到材料物理力学特性沿土体厚度方向呈连续变化,采用不分层的WKBJ分析方法推导出非均匀饱和土中P-SV波的频散关系方程式,得出非均匀饱和土中P-SV波的近似解析解,同时给出它们的数值实现算法.通过数值算例,分析P-SV波在非均匀饱和土中传播的相关特性,通过参数分析研究P-SV波的频散关系变化规律,给出不同参数下P-SV波(相速度c-波数k)的频散曲线图.结果表明,在非均匀饱和土中,平面P-SV波的传播具有频散特性,且材料的非均匀程度以及土层厚度对其有显著的影响.     

近场动力学理论在脆性材料波散射与裂纹扩展问题的数值模拟

近场动力学(Peridynamic,PD)理论是一个物质点具有通用积分运动方程的连续介质理论,其非局部思想能够很好的处理和解决传统连续介质力学在裂纹尖端解的奇异性问题,也弥补了有限元法(FEM)在断裂问题上网格重构的缺陷,在研究材料的断裂与损伤方面有着独特的优势。基于固体力学和断裂力学理论在应力波传播的研究基础上,通过对比传统波动理论和PD理论中P波的传递速度、传递半径及受载出现的波反射和绕射现象,提出近场力波的概念,从本质上分析了近场力波与应力波传递的区别。用PD理论对含预制缺陷的脆性材料(混凝土)动态断裂过程进行数值模拟,通过分析C15混凝土受冲击载荷断裂过程的能量释放速率得出近场力波的传递会对裂纹的萌生和扩展产生影响。     

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     

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。     

声波在运动层状介质中的反射和折射

利用界面相速度相等的条件推导出运动层状介质中声波反射系数和折射系数的递推计算公式 ,并对 2层和 5层的情况进行了计算。当声波入射到运动介质形成的单一界面时 ,除了常见的全反射和全透射外 ,由于介质的运动 ,还存在反射系数大于 1的情况。介质运动使声波穿过界面时出现声影区。声波入射到多层大气中能形成连续折射 ,而反射可以忽略。     

声波在液浸多层多孔介质中的反射和透射

根据Biot多孔介质声学理论和多孔介质界面条件,从理论和实验上研究了声波在液浸层状多孔介质中的反射和透射.从导出的计算公式可知,声波的反射、透射系数与声波的频率、入射角及各层多孔介质参数(厚度、孔隙度、弹性参数等)有关.对水浸单层多孔介质板的参数进行的计算表明,当介质板厚与声波波长呈一定比例时,反射系数、透射系数能取得极值.用实验测量方法对这一结论进行了验证,实验结果与理论预测结果相吻合.     

粘弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了粘弹性HTI介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出粘弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出：特殊分量法在给定传播方向 的情况下提供了一种更为简单的求取无约束粘弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了粘弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了粘弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在粘弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。     

非均匀层状介质中感应测井响应的新型计算方法

数值模式匹配（NMM）法是电法测井数值模拟的有效方法，但是由于其在解析部分要推导反射矩阵和透射矩阵公式，因而比较烦琐。以非均匀层状介质中感应测井为例，探索了径向上数值、轴向上解析数值模式匹配理论，并对解析部分进行了改进，即应用电场强度和磁感应强度在界面的连续性条件推导出了上行波和下行波的递推关系，并提出了界面转换阵的概念。其思路简单，具有更加明确的物理意义。易于编程实现。经对比，新算法的数值模拟结果与原来的NMM方法和有限元方法（FEM）的计算结果是一致的。而且，这一思想同样适用于电极型测井方法的数值模拟．对于精确反演也具有首要意义。     

任意入射电磁波在不均匀等离子体的传播

用两点边值问题的方法,数值求解了任意入射角的平面电磁波在任意极化方向的任意平面分层不均匀等离子体中的反射与透射;通过建立任意分层介质的物理模型,给出了电磁波的统治方程;在假设电场垂直与平行于入射面的2种条件下,运用IMSL的子程序BVPFD计算给出了数值结果.数值结果显示:当归一化频率小于1.3时,大部分反射,小部分透射;而当归一化频率大于1.3时,则小部分反射,大部分透射.