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.     

海上油气水分离器流固耦合的水弹性分析

本文推导出了在海上浮式采油装置作六个自由度运动时,具有任意类型支座和形状的油气水分离器与其内部的液气界面晃动的水弹性流固耦合动力方程,并由此开发了用于计算液气界面晃动的固有频率的有限元程序,计算结果与实验结果基本一致。     

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.     

超声场中Ag-Cu-Sb三元共晶的生长机制

在频率为35 kHz的超声场中实现了三元Ag_42.4Cu_21.6Sb₃₆共晶的液固转变. 凝固过程中合金熔体内部的声场分布表明, 在声波的传播方向上, 随着液固界面自下而上推移, 界面处液相中的声强逐渐升高. 超声场的不均匀性促使(ε +θ +Sb)三元共晶生长形态沿声波传播方向呈现出“三元离异共晶-不规则和规则三元共晶混合组织-规则三元共晶”的区域特征. 在声强最高的区域内, 空化效应引发3个共晶相独立形核, 声流有效抑制了共晶相的协同生长, 组织生长形态为粗大的三元离异共晶. 同时, 声场加速了共晶液固界面前沿的溶质传输, 降低了3个共晶相对溶质元素的固溶程度.     

蜗壳散射对离心风机气动噪声传播的影响

理论分析了声波在空气-钢板界面上的传播过程.结果表明:声波在蜗壳壁面上的入射角不小于3.23°时发生全反射;在入射角小于3.23°时虽然存在声波的透射,但当蜗壳厚度不小于3 mm时,声波经A声级计权后的隔声量大于40 dB,证明了将蜗壳作为声学硬边界条件处理的合理性.采用薄壳体边界元方法计算分析了将蜗壳作为声学硬边界对声波传播的影响,结果表明:蜗壳对低频声波传播的影响不明显,风机低频声源可以近似为紧凑声源,但随着频率的增大,声波受到蜗壳散射的影响逐步明显,蜗壳曲面上的漫反射使得风机内部分布声源激发的声场趋近均匀化.     

频率对二维声子晶体平板负折射成像的影响

以二维钢/空气三角排列声子晶体为模型,利用多重散射方法分析声子晶体平板负折射成像过程中声波频率与等效负折射率、入射角的变化关系。研究结果表明:平板负折射成像与声波频率及波的入射角度密切相关;对不同的入射波频率,平板的等效负折射率不同,且随着频率增加,等效负折射率绝对值变小;对于确定的晶格结构,只有在确定的频率范围、确定的入射角范围内,才能发生明显的负折射现象;对于某一确定的入射波频率,平板负折射存在一个最大入射角,且随着入射声源频率的增加,这个最大入射角变小,入射波耦合进入声子晶体平板的信号减弱,进而影响像的强度和清晰度。     

非均匀温度分布区中的声波传播有限元模型

非均匀温度分布的空气介质将对声波的传播产生扰动.为了精确描述非均匀介质中的声传播特性,采用有限元法研究了声波的频率、入射角以及非均匀介质的温度分布特性对声传播的影响,着重分析计算了斜入射声波的传播问题,探讨了提高非均匀介质对声波反射系数的方法.仿真结果表明,声波在非均匀温度区中的传播特性主要由介质温度分布参数和声波入射角决定,其反射系数近似为声波穿越非均匀介质长度的周期函数.当入射声波参数和非均匀介质的温度分布特性之间满足一定条件时,声波将在介质界面上发生强烈反射,甚至全反射,这为声波传播路径的有效控制提供了灵活的技术手段.     

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.     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

热-流-固耦合非饱和渗流的物理描述和数学模型

研究了热-流-固耦合非饱和渗流的物理和数学模型.其中非饱和渗流部分考虑到水的蒸发-凝结这种相变过程,这是气液两相渗流.液相中含有溶解的空气,气相中含有空气和水蒸气,蒸汽在空气中作扩散运动.基于线化的湿-热弹性理论,建立了热-流-固耦合的本构方程、水和气体的渗流微分方程,以及能量方程.该完整的方程组可很容易推广到热-流-固耦合油-气-水多相渗流情形.     

激光热弹激励流-固界面波声场的数值模拟

利用热弹体运动方程和热传导方程耦合问题的变换域解,求解其极点留数的解析表达式.通过数值求根方法,得出铁-水、铝-水、铁-空气、铝-空气这4种流-固界面波的速度值,从而得到4种界面各界波相应的极点留数值.用快速傅立叶变换(FFT)技术得到脉冲激光线源热弹激励时流-固界面波瞬态位移波形.计算结果表明,这2种界面波不但存在于液-固界面,而且存在于气-固界面,但这2种流-固界面上波成分的相对幅度、脉冲持续时间不同.     

BEM Analysis of Wave Propagation in a Water-Filled Borehole in an Anisotropic Solid

This paper describes a time-domain boundary element method developed to analyze the interactions of acoustic and elastic waves near the interfaces between water and an anisotropic elastic solid. Two models are analyzed with one being the interface between two half spaces of fluid and solid and the other being a fluid region sandwiched by half space domains of anisotropic elastic solids. Both monopole and dipole point sources are used to generate an initial pressure wave in the fluid. Some snapshots of the transient wave behavior near the fluid-solid interfaces are given. The effect of the anisotropy in the solid on the pressure waveforms in the fluid is discussed. The numerical results allow detailed arrival identification and interpretation of acoustic and elastic waves propagating along the fluid-solid interfaces.     

黏接结构紧贴型缺陷超声斜入射法检测

黏接结构缺陷检测是目前经济建设和国防安全亟须解决的应用问题.基于超声斜入射法对黏接结构中存在的紧贴型缺陷进行检测研究,制作了板厚为5 mm的含紧贴型脱粘缺陷的试样,采用水浸聚焦探头对试样分别进行垂直法和斜入射法的C-扫描检测实验,分析了不同入射角度对紧贴型缺陷检测以及气泡缺陷的影响.检测结果表明:斜入射法相较于垂直入射...     

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.     

各向异性固体层的声反射和透射谱

考虑到由流体斜入射到各向异性固体时超声波模式转换的一般情况 ,研究了浸没于流体中一般各向异性固体层状材料的声反射和透射问题 ,给出了问题的求解方法 ,得到各向异性固体层的声反射和透射系数是介质参数 ,固体层取向和厚度 ,入射角及入射波频率的函数 ,给出了从流体斜入射到正交复合材料板上的声反射和透射谱的数值解例     

正交各向异性弹性层/功能梯度压电半空间结构中Love波的传播

研究了功能梯度压电半空间上覆盖一层正交各向异性弹性层结构中Love波的传播特性.覆盖层与基底的界面连接方式分别考虑了理想接触和非理想接触2种模式,功能梯度压电半空间的材料性能沿垂直于界面方向以指数函数形式变化.基于推导的频散方程,结合数值算例分析了材料性能梯度变化、正交各向异性材料的切割角度和非理想界面的连接程度对相速度的影响,其结果对功能梯度压电材料的覆层结构在声波器件中的应用具有重要的参考价值.     

三角阵列超材料的声传播特性

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型声子晶体中的传播特性,给出了二维三组元局域共振型声子晶体的振动机制,并以原胞为基础构建了三角形阵列的声学超材料模型,探究声波与该模型内原胞间的局域共振特性。仿真结果表明,从三角阵列模型底边入射的平面点状及线状激励声源在受到模型的调控后都会重新在顶角处汇聚成焦点;通过入射由三角阵列构成的矩形模型能实现点源的低损耗搬移效果;将两至三个相同的三角阵列组合成平行四边形和梯形模型后会产生平面声波的变向传输。模拟结果显示,此种以原胞为基础的三角形声学超材料阵列模型,在共振频率下会产生反常声学现象,并且随着模型构造的改变,其共振特性也会随之变化,产生不同的反常声学现象。研究结果可为声隐身、声探测及声波低损耗定向传输等研究提供新思路。     

流固耦合对脱硫塔结构简化模型的动力反应分析

为研究流固耦合对脱硫塔结构简化模型动力反应的影响,采用有限元程序(Adina)模拟脱硫塔结构简化模型在地震作用下的流固耦合效应.首先对脱硫塔结构进行合理简化,在不同液位下进行了脱硫塔结构的模态分析,研究了塔内液位高度对脱硫塔结构的频率和振型的影响;其次,通过对脱硫塔结构进行地震波加载,研究了塔内液位高度、地震波输入角度和加速度峰值对脱硫塔结构的位移和加速度的影响,并与试验结果进行比较.结果表明,脱硫塔结构的频率会随着液位增高而减小,塔内液位高度、地震波加载方向及加速度峰值对脱硫塔结构加速度的影响比较大,而对其位移影响不大.     

Stokes波的数值生成

优良的波浪环境条件是非线性波浪与结构物相互作用问题研究的基础。给出一种在时域中模拟刚性剖面作周期运动辐射生成Ｓｔｏｋｅｓ 波的方法,为数值波浪水池试验提供高品质入射波模型。在频域中对二维二阶辐射问题作数值求解,通过对二阶辐射波传播模式的分析,找出能在水池中生成二阶意义上纯正的Ｓｔｏｋｅｓ波的造波机运动形式。利用边界积分方程的时间步进法进行非线性数值造波的模拟证实了在频域中得到的结论,在数值波浪水池中生成了稳定的带有波前的高品质Ｓｔｏｋｅｓ波。     

周期性螺纹连接管结构中声波的频谱特性测试

建立用于测试声波在钻柱信道中传输及衰减特性的试验装置,对由螺纹连接构成的周期性管结构中声波的传播特性进行试验研究,将利用传递矩阵法计算的结果与试验结果进行对比。结果表明:声波在由螺纹连接构成的周期性管结构中传播时,存在衰减及失真较小的通带和衰减及失真较大的阻带,通带与阻带交替分布;随着发射声波频率的升高,通带声波的衰减增加,当频率超过一定值时,声波完全被吸收,即使发射的声波处于通带,亦难于接收;理论计算结果与试验结果前4个通阻带吻合较好,之后差异明显。这表明理论计算方法在计算低频通阻带分布时具有良好的适用性与计算精度,在此范围内,可以用于钻柱结构内声波传播频谱特性的分析及信息载波频率的选择。