Numerical simulations of the guided elastic waves generated by laser-induced AS and ES in hollow cylinders

Numerical analyses are presented for the laser-generated guided elastic waves in hollow cylinders. The transient waveforms excited by the ablation source (AS) and the evaporation source (ES), due to the ablation and the evaporation of oil induced by impinging laser pulse, are calculated numerically by modeling different time-dependencies, i.e. the former is considered as Heaviside step function and the latter is assumed to be Dirac Delta function. Instead of using classical integral transform, the method of eigen-function expansion is employed, by which time-dependent displacement at the outer surface of hollow cylinders will be expressed by summation of longitudinal and flexural type modes. This formula is particularly suitable for analyses of generation efficiency of each guided elastic mode. And the waveform of total radial displacements were analyzed using a short-time Fourier transform (STFT).     

BISQ模型中岩石喷射流对井孔声导波的影响

用Biot-喷射流统一模型(BISQ模型)模拟孔隙地层, 研究岩石喷射流对充流体井孔中声导波传播特点的影响. 数值结果表明, 顾及喷射流机制后, 单极、 偶极和四极声源激发的井孔导波的衰减都增大, 激发幅度变小, 但它们的频散特性几乎不受喷射流的影响.     

流影响下非线性波对大尺度物体的载荷

在一定假设下,利用均匀流上Stokes波仍为Stokes波和波流作用前后质量、动量、能量守恒及色散关系,求出水流中波要素的变化和波流场势函数。以此势函数为入射势,采用每一时刻边界元求解的时间步进法,计算物体上的波流力,结果与文献符合较好。     

柱状长骨中的纵向超声导波频散和激发强度

用一个内充水、外覆水层的横向各向同性柱壳模拟长骨,将环状声源置于长骨外流体层中,数值模拟和分析导波的群速度和激发强度,并考察各向异性参数及长骨内半径对导波频散和激发强度的影响.结果表明:当长骨从各向同性变为横向各向同性时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当各向异性参数ε减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显减小,且群速度曲线向低频区域移动;当各向异性参数δ减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当长骨内半径增加,在低频50kHz附近时,最低阶纵向导波L01的群速度明显减小,激发强度明显增强;最低阶和第二阶纵向导波模式可分别用于检测长骨的厚度变化及各向异性特征.     

非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

瑞利波泄漏模式的模拟研究

瑞利导波相速度频散曲线有时会出现截止或截断现象,此时必须考虑泄漏模式波的存在,如何快速求取泄漏模式波的相速度大小是研究的核心问题．采用添加附加层的方法,使瑞利波实频散方程求根的范围包含所有的层速度区域,从而可用Abo—zena,Menke和Bixing Zhang等学者研究过的传递矩阵理论,利用二分法求解相速度大小,即用导波来模拟计算泄漏模式波相速度大小．从模拟计算结果来看,附加层法不仅能模拟出原模型的实数导波,而且还能计算出泄漏模式波的变化．由此可见,用附加层法来计算瑞利波的泄漏模式是可行的;同时,若将该方法应用于瑞利波勘探的反演,它不会增加未知数的个数。     

用双曲正切和反正切函数拟合面波频散曲线的适应性分析

双曲正切函数和反正切函数的形态与面波频散曲线较相似,将其用于频散曲线拟合可减少数据噪音对反演稳定性的影响。这两类函数的曲线形态都是单调变化的,无法完全刻画某些特殊地层结构形成的频散曲线的复杂变化情形,如果用这两类曲线来拟合频散曲线则会存在本质上的模型误差。通过一系列正演模拟,分别运用这两类曲线拟合随层厚、P波速度、S波速度和密度变化模型的频散曲线,定量分析每个参数的变化对拟合误差的影响。结果表明,拟合结果随着P波速度、密度和层厚变化的分布很稳定,误差值保持在0.03~0.11。在S波速度随深度单调增加的情况下,拟合误差变化起伏比较大,误差范围为0.00~0.14,表明这两类三角函数模型的适应性会随着地层间S波速度差异的增大而降低。当模型中含有一定厚度的倒转低速层的时候,拟合误差可高达0.30,表明双曲正切函数和反正切函数频散曲线模型均不适用于拟合含强烈反差的低速倒转地层的频散曲线。实验发现,严重影响频散曲线拟合的误差突跳难题,可以通过多个随机种子的组合得到有效解决。     

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义色散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体多孔媒质界面特性及多孔媒质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性     

SH-guided waves in layered piezoelectric/piezomagnetic plates

The propagation of shear horizontal (SH) guided waves in a coupled plate consisting of a piezoelectric layer and a piezomagnetic layer is studied. Both the layers are transversely isotropic and perfectly bonded along the interface. The upper and the lower surfaces of the plate are assumed to be mechanically free, electrically open and magnetically closed. Two different cases are considered. One is that the bulk shear wave velocity of piezoelectric material is larger than that of piezomagnetic material. The other is that the bulk shear wave velocity of piezomagnetic material is larger than that of piezoelectric material. The dispersion relation is obtained while the phase velocity is among the bulk shear wave velocity of two different layers. The numerical results show that the phase velocity approaches the smaller bulk shear wave velocity of the material in the system with the increase in the wave number for different modes. The thickness ratio and the properties of the piezoelectric material have great effect on the dispersion behaviors. The results of this paper can offer some fundamental theory to the application of piezoelectric/piezomagnetic composites or structures.     

锚杆中纵向超声导波传播特性数值模拟研究

针对导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向导波在锚杆中的传播特性,利用Matlab求解了纵向导波传播的频散方程,用有限元数值方法模拟了不同频率的L(0,1)模态导波在锚杆中的传播特性,并对其杆顶响应信号进行了分析。通过理论和数值模拟分析对比验证了数值模拟方法的可行性,对于工程中应用导波对锚杆进行检测时,应选择适当频率的导波,并结合各频率导波在锚杆中的传播特性才能得到可靠的结果,进而对锚杆顶端对称与非对称激励震源在锚杆顶端产生的响应进行了分析。     

基于矢量波数变换法的主动源瑞雷波多模式提取方法在近地表地层结构探测中的应用研究

基于瞬态多道面波分析法(MASW)的数据采集方式, 对矢量波数变换法(VWTM)、相移法和高分辨率拉东变换法3种瑞雷波频散成像方法进行对比分析。首先, 采用合成地震数据对比3种方法的成像效果, 发现VWTM在成像精度和成像质量方面都有很大的优势, 成像分辨率高, 与理论频散曲线拟合准确, 高阶模式成像效果突出, 且抗噪能力也优于另两种方法。然后, 采用实际多道瞬态面波数据进行对比分析, 发现与相移法和拉东变换法相比, VWTM在瑞雷波基阶模式成像精度和高阶模式成像质量方面仍具有优势。采用遗传算法对比基阶与高阶频散曲线反演结果, 发现含有高阶模式的多模式频散曲线联合反演的多解性明显降低, 反演结果精度更高, 也更稳定。在实际瞬态瑞雷波勘探实践中, VWTM能够高质量地提取多模式瑞雷波频散特征, 可为多模式面波频散联合反演提供可靠的基础数据。研究结果表明, 将VWTM法与有效的反演方法相结合, 可以极大地提高瑞雷波浅地层探测能力和探测精度。     

二维点阵夹芯板导波传播特性与频散曲线计算

通过建立导波传播的等效分析模型推导了二维点阵夹芯板中导波的频散方程, 并计算得到频散曲线. 建立了基于二维点阵真实结构的有限元模型, 并利用ABAQUS 软件模拟了导波在正六边形点阵夹芯板中的传播过程. 结果表明, 当频率较低时, 等效模型能够较好地描述导波沿整个夹芯板的传播过程.     

模型桩多波检测的对比研究

文章给出了瞬态激振力下完整桩与浅部缺陷桩的纵波、扭转波及横波实测的桩顶速度响应与数值模拟结果;分析多波检测曲线的特征,结果表明扭转波和纵波桩底反射波相位特征一致,但横波桩底反射波会同时出现同相位和反相位;根据纵波、扭转波及横波在桩土系统传播的定解问题,利用有限差分方法分别求解了3种波的桩顶速度响应,计算结果表明扭转波对浅部缺陷反射更为敏感,但是横波测试的横向尺寸效应受激振力作用时间和桩径比(桩长与桩身直径的比值)的影响要比纵波和扭转波明显。     

中国及邻区的地震面波频散反演

用２４９６个中国数字地震台网（ＣＤＳＮ）和世界数字地震台网（ＧＳＮ）的长周期面波群速度资料，反演得到中国及邻区的不同周期的群速度分布图以及１１４４条纯路径频散曲线。它反映了中国及邻区横向和纵向均存在着明显的非均匀性。周期为３０ｓ的群速度分布图反映了地表的板块构造。     

Experiments on ring wave packet generated by water drop

The propagation of ring wave packet （composed of carrier waves modulated by an envelope） generated by a water drop was studied experimentally. It is a localized wave packet propagating with constant velocity and low diffusion. The wavelength, the amplitude and the waveform of the carrier waves, the velocity of the carrier waves and the packet have been measured. The measured wavelength λa of the carrier waves and the measured group velocity Cge of the packet are near the minimum point of the dispersion curve of group velocity, which may be the main reason why the packet can propagate with low diffusion.     

基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。     

导波模态类型对锚固锚杆无损检测的影响

纵向模态、扭转模态和弯曲模态超声导波在锚固锚杆结构中衰减的差异性巨大,研究这3种模态超声导波的传播规律对无损检测中测试波的选择具有重要指导意义.应用全局矩阵法的理论计算方法和数值模拟方法分别对这3种模态导波的频散规律和传播规律进行研究,两种方法的研究结果吻合较好.研究结果表明,纵向模态在高频范围内存在衰减为20~44 dB/m的超声导波;扭转模态的所有导波衰减都大于180 dB/m;弯曲模态的导波衰减也大于50 dB/m.因此,纵向模态高频范围的超声导波由于衰减小、易激发等优点可以作为无损检测中的首选测试波.      

管道中Lamb波两维FFT模式分析

利用两维FFT对管道中传播的Lamb波模式进行了分析。两维FFT系统包括激光探针，数字示波器，移动平台，计算机等。由激光探针实现空间采样，由数字示波器实现时采。借助于本系统，我们从实验上分析了铝管中传播的Lamb波模式。实验结果与理论计算比较可以看出，两维FFT方法可以有效的管道中传播的Lamb波模式进行定量分析。同时可以看出边缘激发的方法可以用于实现单一模式的激发。     

光子晶体波导中的慢光研究

利用平面波展开法研究了二维光子晶体线缺陷波导中慢光的传输特性.本文探讨了缺陷波导中缺陷处椭圆形介质柱长短轴的变化对缺陷模式所产生的影响.分析表明,调节缺陷处椭圆形介质柱长短轴的尺寸能得到平坦的导模色散曲线图.可得到的群速度最大值低于0.072c,带边群速度最小值仅为0.002c,慢光模式为单模式,对光的局域更强,而且设计简单的慢光波导结构.     

双重孔隙介质波传播理论与地震响应实验分析

为调查非均匀流-固双相介质中的弹性波传播规律,本文推导了双重孔隙介质中的波传播方程,从双孔模型的设计、波动方程的推导、速度频散与衰减规律的分析、岩石物理实验的验证四个方面讨论了双孔波动理论的数学物理基础与实际意义.速度频散与衰减分析显示,双孔波动理论能兼容前人理论的所有特点.在岩石实验的验证中,本文与前人理论的对比显示,双孔波动理论能较好解释岩石内部地震波在中低频带的速度频散现象.