充粘性液体管材中超声导波的应力分析

对超声纵向导波在充粘液管材中的应力分布进行了分析,并讨论了用各模式检测充粘液管材的最佳频厚积范围和检测位置。分析表明,随频厚积的增加,L(0,1)和L(0,3)模式的平面内应力在管外壁上的值由负向变为正向,而L(0,2)和L(0,4)模式面内应力的值则相反,变换方向的点恰好在各模式的下一高阶模式群速度最大时的频厚积点附近;而在管内壁上,法向应力分布曲线达到零点的位置恰好在各模式群速度最大时的频厚积点附近。在各模式群速度较大的频厚积区域内,该模式在管内外表面上的平面内应力较大,而法向应力较小,因此能量泄漏较小。故在各模式群速度较大的频厚积区域内,用该模式来检测充粘液管材较合适。     

复合管内径壁厚比对导波速度的影响

文章分析了复合管材中超声纵向较低阶导波模式的频散特性，在一般的弹性动力学运动方程的基础上，讨论了内径-壁厚比对导波传播速度的影响。结果表明：当材料和频厚积一定时，复合管材中导波的速度只与内径-壁厚比有关；当内径-壁厚比和频厚积较小时，内径-壁厚比的变化对低阶导波模式的传播速度有较大的影响，但随内径-壁厚比和频厚积的增加，这种影响将减小。     

特种结构物内爆炸动力响应分析

本文从分析炸冲击波在障碍物上的反射开始,详细分析了结构物内部冲击波荷载的作用规律,给出了作用在具有球形顶壳的圆柱形建筑物侧壁和球形顶壳上的冲击波压力表达式,并通过经典弹性理论,假设结构材料是各项异性弹性材料,推导出了建筑物侧壁的轴向径向振动的计算表达式,计算得到了侧墙位移和内力曲线。计算表明：侧墙轴向位移最大,侧墙中间的某一位置径向位移和环向力 取得最大值,而侧墙下部弯矩 剪力 和法向内力 达到最大值。     

侧向局部爆炸下钢质方管损伤特性数值研究

为进一步弄清侧向局部爆炸下钢质方管损伤特性,利用有限元软件LS-DYNA,采用流固耦合和添加质量阻尼的方法,区分10～20 cm内不同爆距,对160 g柱形炸药冲击横截面面积13.51 cm²的钢质方管进行研究。分析钢质方管极限承载能力的理论计算值和数值仿真值,发现理论计算值和数值仿真值相差2.63%;分析钢质方管迎爆面中心点试验位移值和数值模拟位移值,发现误差均在合理范围之内,表明所建模型合理可信;分析钢质方管轴向残余承载能力,发现随爆距增加,方管轴向残余承载能力依次增加;分析爆炸荷载下方管能量吸收能力,发现钢质方管典型损伤模式为迎爆面中心区域明显凹陷,钢管整体未见明显变形;定义损伤指数,径向缩进指数和径向移出指数,发现径向缩进指数曲线决定损伤指数曲线总体变化趋势,径向移出指数曲线影响损伤指数曲线局部曲率变化;拟合损伤指数,提出轴向承载能力损伤指数工程算法。     

移动的隧道轴向激励作用下两相多孔介质动力反应

为了研究移动的隧道轴向激励作用下饱和土体的动力响应,建立了隧道-饱和土体的动力分析模型;利用波函数展开法、镜像原理等,推导了频域内隧道轴向激励作用下饱和土体动力响应的解析解,并给出了饱和土体临界速度的经验公式;通过快速傅里叶逆变换得到了时-空域内饱和土体的动力响应。结果表明:轴向激励作用下,饱和土体临界速度只与土体的剪切模量和密度有关,且数值接近土体剪切波速的1.1倍;速度小于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而减小,轴向位移随着隧道埋深的增大有小幅度减小,当隧道埋深超过半径的10倍时,轴向位移趋于稳定;速度大于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而增大;角度对径向位移、轴向位移影响很小,对环向位移的影响较大。     

纵波在含有线性粘滞粘接层的粘接结构中的传播

研究了纵波垂直入射上下基体为同种介质且含有线性粘滞粘接层的三层板状粘接结构时声波的反射和透射特性,基于粘接界面的准静态模型(QSM)并结合各向同性线性粘滞体的本构方程,导出了含有粘滞系数和体积弹性模量的纵波反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行对比,研究了准静态模型的适用条件。其次在界面处于不同接触形式(完好连接和粘滞型弱粘接)的情况下,分别讨论了考虑和不考虑界面相对质量对声反射和透射特性的影响。接着分析了粘滞粘接层参数的变化对纵波反射和透射特性的影响。最后在不大于0.1 MHz-mm的较小频厚积范围内简要阐述了如何鉴别界面形式。结果表明,准静态模型适用于较小频厚积的检测;是否考虑界面的相对质量对纵波的反射和透射特性影响不大;在特定的频厚积下,利用纵波的反射或透射系数方法结合准静态模型可有效辨别界面形式。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论参考。     

冷孔板直径对涡流管内部压力场的影响

以理想的CO_2气体为工作流体,使用标准Standard k-ε湍流模型来模拟涡流管的能量分离效应。当涡流管冷端出口压力是2. 5 MPa、喷嘴进口压力是6. 5 MPa和喷嘴进口温度是298. 15 K、喷嘴进口压力为6. 5 MPa时,进行了涡流管内轴向、径向压力分布的模拟研究。模拟结果表明:冷流率μ为0. 1,冷孔板直径在1. 5～3. 5 mm之间变化时,轴心线上的总压分布呈现先减小后逐渐增大的趋势,各冷孔板直径在轴向距离为0 mm处的径向总压随着径向距离的增大呈逐渐增大的趋势;当径向距离在0. 5～1. 0 mm之间变化时,轴线上总压随着涡流管轴向距离的增大而增大;当径向距离为1. 5 mm时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈先增大后减小的趋势;当径向距离在2. 0～2. 5 mm之间变化时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈逐渐减小的趋势;当轴向距离在0～100 mm之间变化时,各轴向位置上随着径向距离增大的总压分布均呈现逐渐增大后趋于稳定的趋势。     

平面波与层状多孔介质海底的反射和透射

针对典型的海底介质结构情况,研究了从海水入射到含有非固结沉积层的层状流体饱和多孔介质海底的平面波的反射和透射问题,分析了沉积层和基岩中纵、横波速度和衰减的频散变化特点,在沉积层厚度和频率变化时,对海水-海底界面上的位移势函数反射系数进行了计算和分析。研究结果表明：在沉积层厚度一定的情况下,较高频率时,沉积层对海水中声场的影响较大,而频率较低时,基岩对海水中声场的影响较大。在以不同的掠射角入射时,由于沉积层中质点的法向共振,广义位移势函数反射系数随频厚积的变化曲线会出现一系列的共振峰,随着掠射角的减小,共振峰个数减少,但共振峰的幅度会增加。     

管壁厚度对平行流换热器性能的影响

根据已有的实验数据,建立扁管的（当量直径为0.199~1.923mm）三维数值模型,分析平行流换热器中管壁的轴向导热及扁管的内外壁温差对换热的影响程度。结果表明：Re数较低时（Re=185）,忽略管壁的轴向导热对Nu数的影响很大,使Nu数值偏小,偏差最高达50%以上;Re数较高时（Re=8 166）,用扁管的外壁温度代替内壁温度,同样也会使Nu数值偏小,偏差高达55%以上。故平行流换热器中管壁厚度对换热的影响不能忽略。     

波传播法求解低频激励下水中加端板圆柱壳的振动

采用波传播法研究了低频下水中壳体的振动与响应。水中壳体由有限长加流体载荷的圆柱壳和两端的圆形端板组成,其中外部流体载荷用无限长模型进行近似处理。为了模拟推动系统的激励及船体上某一点激励,分别考虑了不同位置的轴向载荷和径向载荷,讨论了单个周向模态下的位移在总位移中的比重。主要研究了4种载荷,即作用在端板中心的轴对称载荷、作用在端板与圆柱连接处的轴向载荷、作用在连接处的径向载荷和作用在壳体中间的径向载荷,比较得出了轴对称和非轴对称、同一点不同方向载荷、同一方向不同位置载荷的响应位移的不同。此外,还研究了两端端板对不同载荷下水中壳体响应的影响,得出了端板主要抑制了壳体的较高阶模态下径向位移的结论。解析法结果与有限元法结果进行了比较,验证了该方法的正确性。     

Axial power flow distributions of ultrasonic guided waves in viscous liquid-filled pipes

The axial power flow (APF) magnitude and attenuation distributions of ultrasonic longitudinal guided waves in viscous liquid-filled elastic pipes are investigated. The optimal location, optimal mode and its frequency-thickness product (fd) for the test of pipes filled with viscous liquid are chosen according to APF and attenuation distributions. The results show that the APF magnitude distribution is an important parameter in choosing the modes and parameters. A particular mode has weak dispersion in ranges of fd values with large group velocity, while other modes with smaller group velocity in the same fd ranges have stronger dispersion. It has been observed that, within these ranges, the chosen mode has a larger APF on the pipe's wall. Therefore, in the region of fd values where a particular mode has a large group velocity, this mode will be effective to be used in testing elastic pipes filled with viscous liquid. The results obtained from both the APF analysis and attenuation distribution are consistent.     

Influences of initial stresses on guided waves in functionally graded hollow cylinders

Limitations of the manufacturing technology result in the existence of initial stresses in functionally graded material (FGM) structures. In the context of the theory of “Mechanics of Incremental Deformations,” the guided wave characteristics in FGM hollow cylinders under initial stresses in the radial and axial directions are investigated. The Legendre polynomial series method is used to solve the coupled wave equations with variable coefficients. The convergence of the method is discussed through numerical examples. It is found that the influences of initial stresses on the longitudinal waves and on the torsional waves are quite distinct, and that the influences of initial stresses in the axial direction are very different from those in the radial direction, both on the dispersion curves and on the displacement and stress distributions.     

用超声导波幅度谱方法评价复合材料板材疲劳损伤的数值研究

基于超声导波的频散方程及位移场表达式,对单向碳纤维/环氧复合板中传播的超声导波的幅度谱进行了数值研究,得到了能全面、直观反映复合材料板材疲劳损伤程度的超声导波幅度谱的灰度图。数值分析表明,当复合材料板材承受拉伸或弯曲载荷时,其等效杨氏模量或等效剪切模量的变化率,与超声导波幅度谱的灰度平均值之间存在单调的对应关系。采用超声导波的幅度谱方法可望能有效定征复合材料板材的初期疲劳损伤。     

高温管道超声导波监测的基础研究

以电厂管道中常用的T91钢为例,在线弹性力学基础上,研究了当材料物性受高温影响而发生变化时,内径-壁厚比（RIRT）为4的中空管道中1-4阶纵向和扭转模态导波的传播特性。详细分析了在由于高温而引起材料物性变化时,各模态导波的频散特性的变化关系。研究发现,随着频厚积的增加,温度改变引起的材料物性变化,对各模态导波传播特征的影响力增强;对于1-3阶纵向和扭转模态导波,弹性模量的变化对频散曲线有着主导作用。     

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。     

正交各向异性空心圆柱体的周向SH波

基于线性三维弹性理论,得到了正交各向异性管道中位移表示的周向波控制方程.波动方程中的轴向位移独立于其它两个方向.即波的传播可以分解为SH波和类Lamb波.通过贝塞尔函数求得了这个周向SH波频散方程.方程中决定周向SH波特性的弹性常数有两个,一个决定了波的频率,另一个决定了波速.最后分别讨论了两个弹性常数和波数变化对周向SH波位移模式的影响.     

Dynamics of an ultrasonic transducer used for wire bonding

The vibration displacement distributions along a transducer used in ultrasonic wire bonding were measured using a heterodyne interferometer, and many nodes and anti-nodes were found. A mechanical finite element method (FEM) was used to compute the resonant frequencies and vibration mode shapes. The displacement distributions of the dominant 2nd axial mode agreed well with the measured values. Undesirable nonaxial modes, including the higher order flexural and torsional modes, also were excited at frequencies very close to the working frequency (2nd axial mode) of the transducer. Hence, the measured displacements were the resultant of all the allowable modes being excited. However, the excitation of these nonaxial modes were small enough not to affect the formation of consistent and high quality wire bonds. Results of the present study were used to determine a suitable location for installing a piezoelectric sensor to monitor the bond quality.     

Ultrasonic Guided Wave Inspection of Bonded Lap Joints: Noncontact Method and Photoelastic Visualization

The main topic of this paper is the nondestructive inspection of adhesively bonded lap joints by using ultrasonic guided (plate) waves. A noncontact, couplant-free method that employs capacitive air-coupled transducers is demonstrated for the inspection of thin aluminum joints with dimensions typical of aircraft fuselage and wing panels. Two types of bond defects, disbonded regions and regions of poorly cured (low-cohesive-strength) adhesive, are successfully detected by measuring the amplitude decrease of selected plate waves leaking from one adherend to the other one through the bondline. It is shown that proper choice of the vibrating mode structure, in terms of cross-sectional displacement distributions, is needed in order to maximize the sensitivity of the inspection to the presence of the low-cohesive-strength bond. Results from a dynamic photoelasticity study are also presented to visualize fundamental behavior of propagating plate waves and study their interaction with bond defects in glass lap joints. The photoelastic results confirm in a clear, pictorial manner certain assumptions on plate wave leakage through the bond, including the influence of vibrating mode structure on the detection of low-strength bonds.