固-固界面的非线性效应

固－固界面的非线性效应陈建军姜文华水永安（南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１实验本文描述的２个实验旨在通过检测非线性反射横波来考察界面耦合状况的变化对非线性的影响，测量非线性反射横波的实验装置如图１所示，研究的界面包括玻璃...     

零蠕变法测量固-固相界面能研究

金属多层在高温低应力条件下发生弹性蠕变时，由于膜的塑性流动，使得测量金属固－固相界面能成为可能。介绍了一种测量金属固－固相界面能的方法－零蠕变法，并着重阐述双向零蠕变法的原理和设备。     

柱塞气—液—固并流上行系统的确定性混沌行为

柱塞气－液－固并流上行系统表现出占据全部管截面的气栓段和气液固混合段间隔出现的流动结构。本文通过标准统计方法（功率谱）和非线性混沌分析方法从定性和定量两方面证明了气栓和气－液－固混合运动都是混沌运动。气栓运动的混沌动力学参数（相关维和Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵）明显比气－液－固混合段运动的小，从理论上表明描述气栓运动的动力学比气－液－固混合段运动的动力学简单，可预测度明显要大。文中还讨论了较精确确定重     

旋转对称结构液—固耦合振动的多级杂交子结构分析

对立体空间旋转对称结构在液体中形成的耦合系统（ＣＮ系统）进行统一的群变换及界面协调，推导了对液体多级划分后的组合模态综合过程。进行子结构之间以及向上一级子结构的对接与缩聚，提出了旋转对称结构液－固耦合振动的多级杂交子结构法。完成了立体空间旋转对称结构完全液－固耦合动力特性的群分析。此方法使耦合系统的综合规模大为缩小，计算速度提高数倍。文中通过试验证实理论方法的正确性。     

气—液—固三相喷射床流动特性研究

模型实验研究证明带中心导向管的气－液－固三相喷射床操作稳定，床内液固相具有连续稳定的抽向内循环运动，并可由操作参数求得循环流速为Ｕ０＝Ａ０根号２（ρｇＨ－Ｐ１）／ρ（１－Ａ＾２ ０）该技术运用于湿法冶金等液固相反应具有能耗低、效率高、操作稳定等诸多优越性。     

分形理论在定向凝固固—液界面中的应用

本文叙述了分形理论中镍基高温合金定向凝固固－液界面研究中的应用。从分形的基本理论出发，论证了定向凝固固－液界面是一种不规则的分形结构，并用分形维数的新方法定量地描述了固－液界面和生长形态，给出了界面分形维数与凝固速率之间的关系。发现随着凝固速率的增加，固－液界面的分形维数呈指数规律增加，而且，从热力学角度对分形维数不仅仅是单纯描述不规则图形的几何参量，而是对一个依赖于凝固参数而变化的态函数做了较为     

聚乙二醇/聚丙烯酰胺相变材料非等温固-固相变动力学

通过在丙烯酰胺聚合反应中加入聚乙二醇的方法制得的聚乙二醇(PEG)/聚丙烯酰胺(PAAm)相变材料具有固-固相转变的性质。对聚乙二醇及五种相变材料分别进行不同速率的非等温DSC测试,采用K iss inger和O zaw a两种动力学模型研究了非等温固-固相变动力学,计算了固-固相变过程的活化能和反应级数,两种方法求得的表观活化能Ea值相一致。     

液—固界面与电化显微学

液－固界面与电化显微学（石砚编译）美国、欧洲和日本的一些科学家正在用扫描探针显微技术（ＳＰＭ）和Ｘ射线技术研究液体与固体接触界面的微观结构。液一固界面的电化学作用是影响催化、电镀、腐蚀过程和电池反应过程的关键因素。液一固界面研究开辟了电化学的一个新领...     

分形理论在定向凝固固－液界面研究中的应用

本文叙述了分形理论中镍基高温合金定向凝固固－液界面研究中的应用。从分形的基本理论出发，论证了定向凝固固－液界面是一种不规则的分形结构，并用分形维数的新方法定量地描述了固－液界面的生长形态，给出了界面分形维数与凝固速率之间的关系。发现随着凝固速率的增加，固－液界面的分形维数呈指数规律增加。而且，从热力学角度对分形维数不仅仅是单纯描述不规则图形的几何参量，而是对一个依赖于凝固参数而变化的态函数做了较为深入的讨论。     

旋转对称结构液－固耦合振动的多级杂交子结构分析

对立体空间旋转对称结构在液体中形成的耦合系统（ＣＮ系统）进行统一的群变换及界面协调，推导了对液体多级划分后的组合模态综合过程。进行子结构之间以及向上一级子结构的对接与缩聚，提出了旋转对称结构液－固耦合振动的多级杂交子结构法。完成了立体空间旋转对称结构完全液－固耦合动力特性的群分析。此方法使耦合系统的综合规模大为缩小，计算速度提高数倍。文中通过试验结果证实理论方法的正确性。     

A Lamb wave lens for acoustic microscopy

In a conventional scanning acoustic microscope the excited leaky modes contribute significantly to the high contrast obtained in the images. However, all such modes exist simultaneously, and the interpretation of the images is not straightforward, especially in layered media. A lens geometry is proposed that can be used with acoustic microscopes to image layered solid structures. This lens can focus the acoustic waves in only one of the Lamb wave modes of the layered solid with a high efficiency. V(Z) curves obtained from this lens are more sensitive to material properties compared to that obtained from conventional lens. Measuring the return signal as a function of frequency results in another characteristic curve, V(f). The Lamb wave lens and the associated characterization methods for the layered structures are described. The results presented show that the Lamb wave lens is at least an order of magnitude more sensitive than the conventional lens and can easily differentiate between a good bond and disbond in a layered structure.     

全局矩阵法及其在层状各向异性复合板中Lamb波传播特性研究中的应用

纤维增强复合材料中兰姆波的传播因其在无损评价中的应用而成为广泛研究的课题。一般采用传递矩阵法对各向异性多层媒质进行建模。虽然这种方法较为方便,但在大频厚积时会出现数值不稳定。本文作者对Nafeh的传递矩阵方法进行改进,所得到的全局矩阵方法具有较好的稳定性,其程序能有效地产生兰姆波的频散曲线。纤维增强复合材料中兰姆波的传播受多种因素的影响,层数的影响是其中之一。给出了不同层数复合板中兰姆波的相速度频散曲线以及两个基本模式a₀和s₀沿板厚方向的应力分布。这些数值示例为层状各向异性复合材料板的无损评价提供了理论依据。      

基于SAFE的层状结构导波传播特性研究

针对传统SAFE算法在计算层状结构导波频散特性的缺点,提出了一种融合了Lamb波和SH波的力学特性的SAFE方法。该方法在SAFE基本原理基础上,结合Lamb波和SH波的力学表达式的特殊性,分别建立了Lamb波和SH波的SAFE模型。和先前的SAFE模型相比,实现了Lamb波和SH波的区分,降低了矩阵的阶次,提高了计算效率。利用建立的SAFE模型,计算了45#钢板各模态Lamb波和SH波的截止频率并和解析方法的结果进行对比,检验了SAFE模型的计算精度。分析了铝钛钢复合板和粘接铝复合板中Lamb波和SH波传播的算例,算例的计算结果对于研究层状结构中Lamb波和SH波的传播有借鉴意义。     

Lamb wave excitation by Hertzian contacts with applications in NDE

Excitation of Lamb waves in solid plates by point-like Hertzian contacts for material characterization and nondestructive testing is investigated. A 2 dimensional model using normal mode theory is used to predict the relative excitation efficiency of the lowest order Lamb waves in anisotropic solid plates. Hertzian contact transducers with PZT-5H piezoelectric material and quartz buffer rods are realized to operate in the 200 to 500 kHz range for experimental verification. Single mode operation with the lowest order antisymmetric Lamb wave (A ₀) mode is achieved in various plates at in agreement with theoretical predictions. The technique is applied for material characterization on single crystal silicon samples and defect detection in composite plates. The phase velocity anisotropy of the A₀ mode is measured with signal-to-noise levels exceeding 65 dB. In (111) cut silicon plates the absolute phase velocity is measured with ±0.05% accuracy. The phase velocity anisotropy and effects of delamination in layered composite plates are calculated using the surface impedance approach. The experiments on graphite/epoxy composite plates agree with these calculations and show the potential of the method for defect detection with high resolution     

Calculations of Lamb wave band gaps and dispersions for piezoelectric phononic plates using mindlin's theory-based plane wave expansion method

Based on Mindlin's piezoelectric plate theory and the plane wave expansion method, a formulation is proposed to study the frequency band gaps and dispersion relations of the lower-order Lamb waves in two-dimensional piezoelectric phononic plates. The method is applied to analyze the phononic plates composed of solid-solid and airsolid constituents with square and triangular lattices, respectively. Factors that influence the opening and width of the complete Lamb wave gaps are identified and discussed. For solid/solid phononic plates, it is suggested that the filling material be chosen with larger mass density, proper stiffness, and weak anisotropic factor embedded in a soft matrix in order to obtain wider complete band gaps of the lower-order Lamb waves. By comparing to the calculated results without considering the piezoelectricity, the influences of piezoelectric effect on Lamb waves are analyzed as well. On the other hand, for air/solid phononic plates, a background material itself with proper anisotropy and a high filling fraction of air may favor the opening of the complete Lamb wave gaps.     

Shear horizontal wave propagation in periodically layeredcomposites

The transverse resonance approach to guided wave analysis is applied to shear horizontal (SH) wave propagation in periodically layered composites. It is found for SH waves that at high values of the guided wavevector β, the wave energy is trapped in the slower of the two media and propagates accordingly at the slower wavespeed. At low values of β, however, the modes demonstrate a clustering behavior, indicative of the underlying Floquet wave structure. The number of modes in a cluster is observed to correlate with the number of unit cells in the layered plate. New physical insights into the behavior of these systems are obtained by analyzing the partial waves of the guided SH modes in terms of Floquet waves. We show that the fast and slow shear waves in the periodically layered composite play an analogous role to the longitudinal and shear partial waves comprising Lamb waves in a homogeneous plate     

纵波脉冲回波法和兰姆波法在表征薄层结构中的应用比较

介绍了两种常用的材料薄层超声表征方法——纵波脉冲回波法和兰姆波法。阐述了其基本原理，并结合实例比较了它们的应用情况、优缺点和适用条件等。纵波脉冲回波法简单易行，能够获得薄层厚度、声速和衰减等信息。但实验结果受薄层介质的声衰减和表面粗糙度影响较大，对探头的性能要求较高。兰姆波法主要用于表征薄板类材料，无需较高检测频率，可以测得板中纵波和横波的声速、板厚和板与板之间的结合特性等，检测精度较高。缺点是发射和接收探头之间的距离和倾斜角度需要严格控制，影响因素较多。     

有限声束在固体板表面的声反射

采用将有限声束分解为一系列平面波的方法，对有限声束在液体－固体板－液体结构中的声反射问题进行了分析和计算。当有限声束以平面波反射系数相位为１８０°时的入射角入射时，在固体板表面反射的声束沿板表面存在显著的移动和展宽现象。本文的有关结果，对进一步研究有限声束在板状结构表面的声反射具有积极意义。     

基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像

超声Lamb波是检测板状结构损伤的常用方法,然而碳纤维增强聚合物基复合材料（Carbon Fiber ReinforcedPlastics,CFRP）本身的各向异性会对Lamb波的损伤成像和定位造成很大的影响。且大多数检测方法均采用健康结构的检测信号作为参考信号,用差信号的方法来实现损伤成像,该过程容易受到待测结构和实验环境变化等外界因素的影响。针对该问题,采用时间反转和加权分布成像相结合的方法,将其应用在复合材料板状结构的Lamb波损伤检测和成像中。仿真结果表明,该方法能够有效地实现板中单源脱层损伤和多源脱层损伤的二维成像与定位,且具有较高的精度和准确性。     

《基于谱元法的梁结构中Lamb波传播特性研究》

把谱元法应用于结构中弹性波的传播的模拟,建立基于二维谱元法的梁结构模型,提出模拟结构裂纹损伤的节点分离法;研究无损伤和含有损伤的铝合金梁结构中Lamb波的传播规律,通过和理论解对比,验证谱元法模拟结构中Lamb波传播的有效性;研究不同程度损伤对响应信号的影响,探讨了梁结构损伤识别方法。结果对基于Lamb波的结构损伤识别方法的研究具有借鉴意义。