高铁多层线下结构病害全波场无损检测方法与技术

为了评估全波场无损检测方法在高铁线下结构病害检测中的效果,进行了砂浆层缺陷与路基顶部缺陷2种情况下的三维有限元数值模拟分析,明确弹性波在多层线下结构中的传播特性.开展了预埋缺陷的1∶1的高铁模型试验,通过对采集数据进行分析与处理,评价缺陷的位置及空间分布.结果表明,弹性波在多层结构中传播,遇缺陷时其传播能量增大,卓越特征亦放大.现场检测结果与预埋缺陷位置及空间分布相吻合.这表明在高速铁路多层线下结构病害检测中全波场无损检测方法效果较好,并有巨大的发展空间.     

内充预压流体的弹性圆管中的孤立波

研究了内充预压流体的弹性管中孤立波的传播.在长波近似条件下,流体流速和压力变化沿半径方向进行平均,流体运动是沿管轴方向的一维流动.管壁处于二维应力状态,在现时构形上建立了其非线性运动方程,管壁材料为不可压超弹性材料,其本构描述采用二维情况下Fung型的应变能函数.借助约化摄动法由管壁与流体耦合作用的非线性方程组导出了KdV方程,表征着系统有孤立波解.最后讨论了系统的参数对孤立波传播特征的影响.     

固-流结构矩形掺杂声子晶体中弹性波的缺陷模

采用一维固-流结构矩形掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在其中各个模式满足的关系式. 利用它分析了弹性波各模式的特性,并使用转移矩阵法研究了弹性波的缺陷模随模式量子数和矩形边长的变化规律,得出了一些不同于一维非受限声子晶体的缺陷模的新特征. 一维掺杂矩形声子晶体的缺陷模由模式量子数确定,缺陷模的频率和半高宽与模式量子数和矩形边长有关.     

多组分复杂等离子体中(3+1)维非线性离子声孤波的研究

研究了在多组分复杂等离子体中(3+1)维非线性离子声孤波的基本传播特性.利用约化摄动方法,推导得到用来描述多组分复杂等离子体中(3+1)维非线性离子声孤波的ZK方程.此外,借助数值模拟的方法分析了原有等离子体系统中的不同参数对非线性离子声孤波的非线性强度、振幅、宽度等传播特性的重要影响.     

超声检测钢中大理石夹杂的计算机模拟

从有限元基本理论出发,建立了钢的二维计算机模拟模型.对钢板中含有大理石夹杂缺陷时的超声波传播情况进行了数值模拟计算.重点在频域中对透射波信号进行了频谱分析,通过频谱分析得到的各种频域特征量和灵敏频率可以得出大理石夹杂缺陷对超声传播的影响.模拟结果对实际应用有一定的参考价值.     

基于柱Kadomtsev-Petviashvili模型的海洋内孤立波非线性相互作用传播特征仿真模拟研究

在考虑到海洋内波的二维效应时,含有横向微扰的二维模型可以较好地模拟海洋内波的传播,因此为更好地描述海洋内波这一复杂非线性现象的传播特性,利用二维柱Kadomtsev-Petviashvili模型研究了海洋内波非线性相互作用的传播特征。首先,利用解析法获得该二维模型的双抛物线型孤子解,同时模拟研究了南海东沙群岛的海洋内波的弹性碰撞及随时间变化的传播特性;其次,基于不同的海域背景参数分析研究了上升型和下降型抛物线海洋内波弹性碰撞引起的海洋表层流速的变化。经比较分析,本文模拟结果与已有的遥感卫星图像较一致,因此可为进一步深入研究海洋内波的传播特性、动力学机制解及内波参数反演等提供一定的借鉴。     

一维周期结构中弹性波的色散关系研究

分别采用3种方法,即分别基于连续统力学、晶格动力学（单弹簧振子）和多弹簧振子模型,对一维层合结构中的弹性波传播问题进行了研究,分析了一维声子晶体中SH波的色散关系与带隙结构．作为算例,计算了钨／天然橡胶声子晶体的剪切波传播特性,得到了一、二带隙起始、截止频率,对比了3种方法的计算结果．     

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.     

平板和管道周向Lamb波频散和波结构特性

为指导使用管道周向Lamb波进行缺陷检测的工作,分析并对比研究了弹性平板Lamb波和管道周向Lamb波的频散和波结构特性。在管道周向Lamb波频散方程的推导中引入了修正的传播方向弧长计算以提高频散曲线的计算准确度,这种修正的合理性从两个方面得到证明。计算结果表明,代表管道周向弯曲程度的内、外径之比越大则周向Lamb波的频散和波结构特性越接近于平板,这就为以平板导波研究内、外径之比较大的管道的周向导波的近似处理提供了理论依据。     

二维声子晶体的弹性波禁带及其影响因素

选取了5种不同材料组分和2组不同截面形状散射体的声子晶体作为研究对象,利用平面波展开法研究了二维固相双组分正方点阵声子晶体中z向剪切波的频率带结构,探讨了材料特性和截面形状对禁带的影响．结果表明：填充物的密度和弹性模量比基体的大时,容易产生弹性波禁带,材料的密度比剪切模量更能影响弹性波禁带的宽度,圆截面散射体的结构在总体上比正方形截面更容易产生弹性波禁带．     

缺陷桩的旁孔透射波法检测分析原理

以均质弹性地基中具有低速缺陷段的基桩为研究对象,利用基于Snell定律的射线理论,对旁孔中首至透射P波的时深关系推导了一套简化理论计算公式,并由此提出了采用旁孔透射波法检测分析桩身缺陷的方法.对饱和地基中具有低速缺陷段的基桩,采用轴对称有限元法模拟计算了旁孔透射波法测试信号,对其按上述方法分析推算桩身低速缺陷段的位置、长度和波速以及桩长,以检验本文方法的可靠性.结果表明,本文方法具有良好的实用潜力,值得开展进一步的验证和试用工作.
     

考虑桩土相互作用的低应变基桩缺陷的定量分析

为了在低应变条件下建立考虑桩土相互作用的基桩缺陷定量分析方法,研究了不同桩土相互作用阻尼系数时速度波沿桩身的衰减规律．应用一维波动理论求解了瞬态锤击作用下桩土相互作用的定解问题,得到了不同桩侧土阻尼系数时桩的速度响应,论证了速度波的衰减是时间和桩侧土阻尼系数的函数．利用速度波的衰减规律和缺陷处能量的分配规律,得到考虑了桩土相互作用影响的缺陷定量分析关系式．为了验证这个关系式的适用性,分别对完整桩、缩颈桩和扩颈桩进行了不同纵向应力下的模型试验．通过完整桩试验反演阻尼系数,利用得到的阻尼系数和缺陷桩桩顶速度响应曲线进行缺陷定量分析,结果得到的桩缺陷程度与实际缺陷程度基本一致,误差在6％以内．结果证明,缺陷定量分析关系式确定的桩缺陷程度与实际缺陷程度是基本一致的,建立的基桩缺陷定量分析方法是可行的．     

利用Lamb波时间反转法的套筒灌浆连接缺陷位置检测

针对装配式建筑中套筒灌浆连接件缺陷位置难确定的问题,建立套筒灌浆连接结构有限元模型,采用Lamb波研究套筒灌浆连接结构中的传播规律。在确定最佳激励信号的基础上,检测出灌浆料损伤缺陷位置。同时设置无损伤测区与有损伤测区。结果表明,有损伤测区聚焦峰值与无损伤测区聚焦峰值均值相比下降11.70%,说明采用Lamb波时间反转法可实现预埋状态下套筒灌浆连接结构内部缺陷位置的判断。其对套筒灌浆连接缺陷定位是有效的,在结构无损检测领域具有良好的应用前景。     

基于弹性层状体系理论下的重载铁路轨道 结构动力响应研究

通过分析重载铁路轨道结构的受力特征,得出车辆荷载在轨枕上的分担规律。基于二维弹性层状体系理论建立了重载铁路轨道结构的层状体系力学模型。利用MATLAB软件编制相应的程序计算出弹性层状体系的理论解,将得出的计算数据和大秦线实测数据做对比分析,检验出计算程序的正确性和弹性层状体系理论研究方法的可行性,为今后重载铁路轨道结构动力响应的研究提供了一套新的思路和方法。     

薄带材浪形缺陷生成与拉伸矫直过程数值仿真

基于ABAQUS有限元软件建立了薄带材浪形生成与拉伸过程有限元模型,研究了带材在初应变作用下的浪形缺陷生成规律及其在张力拉伸作用下的应力特性及其变形行为,并进一步分析了浪形缺陷拉伸矫直矫平功效的主要影响因素及其影响规律。薄带钢变形过程可分为浪形生缺陷生成、拉伸矫直和弹性回复三个阶段。针对薄钢带弹性后屈曲浪形和铝带弹塑性后屈曲浪形两类典型浪形形式,研究了浪形缺陷在后屈曲和拉伸变形阶段的浪形陡度变化与系统能量变化规律。研究表明：弹性后屈曲浪形在拉伸矫直过程中浪数和浪高均发生变化,而弹塑性后屈曲浪形仅发生浪高的连续变化。弹性后屈曲浪形矫直后的残余应力分布形式与初始应力分布类似,而弹塑性后屈曲浪形的残余应力分布发生显著差异。浪形缺陷的残余陡度随初始浪形陡度增大而增大,随带厚增加而减小,且弹塑性后屈曲浪形缺陷的矫直效果更为显著。     

基于边光滑有限元法的二维CLD弹性空腔建模及声振特性分析

由于色散误差和单元离散的影响,传统有限元法在分析弹性空腔中高频声振特性时计算效率和计算精度较差。本文采用边光滑有限元法建立空腔的声场模型,并利用GHM模型模拟粘弹性材料,考虑弹性空腔、CLD结构以及腔内声场之间的多场耦合,建立了二维CLD弹性空腔的数值模型,分析了复合空腔的声振耦合特性。数值算例表明,在低频范围内本文所建立的混合有限元模型的计算精度与传统有限元模型相当,中高频率范围内本文模型的计算精度和稳定性优于传统有限元法。     

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.     

准高速铁路无线机车信号的传播特性

根据准高速铁路机车信号的传输要求和无线电波的传播特点,对某段准高速铁路的电波传播大尺度衰落特性进行了测试,在对实测数据进行分布拟合及检验的基础上,对460 MHz电波传播的瑞利模型进行了修正,借助于修正后的瑞利衰落信道模型进行了电波传播特性的计算机仿真和分析.     

焊缝特征导波模态的分析与应用

为满足焊缝快速高效无损检测需要,并提高超声导波对焊缝缺陷的灵敏度,研究高频下的焊缝导波模态尤为重要。基于COMSOL软件建立了二维对接焊缝半解析有限元模型,通过数值模拟与分析发现,频率大于300 kHz时焊缝中SH_(w1)模态几乎无频散、泄露小,适合于长距离快速焊缝检测。通过试验验证了SH_(w1)模态导波在对接焊缝中的传播特性,确定了最佳激励频率范围为320~360 kHz;并对焊缝中直径为3 mm的预置孔洞缺陷实现了检测,定位精度高于2.5%。