海底沉积层中高阶界面波对多掩埋物散射分析

根据界面波散射迭代公式,并利用含多个异质体弹性动力学的散射积分方程,引出海底沉积层中界面波高阶模式对掩埋物的散射情况。根据建立的分层海底模型,对沉积层中传播的界面波进行模式分解。利用界面波传播的Green函数构建界面波散射迭代积分,并根据弹性波对多异质体散射理论,将界面波散射积分推广到对多目标的散射情况。由模式分解的结果,求解出了前三阶界面波对多目标的散射情况,并对界面波高阶模式传播及对不同目标的散射情况做了分析。     

掩埋物体的小掠角散射声场与回波信混比

探测掩埋物体的水声系统,通常是在一定距离之外以小掠角声波扫描海底的方式工作,现有的射线声学模型已不能进行系统性能预报。采用波数积分模型和等效源建模方法,将声波在介质中的传播和掩埋物体的散射场计算融为一体,可以高精度地进行各种形状物体、不同声波束和任意掩埋状态下的三维散射场计算。利用开发的声场模型,计算出了典型球壳的等效目标强度和信号混响比随频率、掠射角及掩埋深度的关系曲线。在此基础上,提出一种基于时反聚焦发射、水下移动平台接收的双基地探测设想,并采用开发的声场模型验证了其正确性。     

合成孔径成像中掩埋目标的深度误差分析

在掩埋目标三维成像过程中,沉积层底质的不同与掩埋深度的变化,会使成像结果中目标深度与真实深度出现偏差。针对这一问题,可以利用下视的面阵合成孔径三维成像算法,通过构建水下分层模型与声速剖面模型,对掩埋点目标进行三维成像仿真。通过改变沉积层底质与掩埋深度,从理论分析与仿真结果研究深度误差的变化。研究表明,深度误差随沉积层声速和掩埋深度的增加而不断变大。     

含泥沙的流固层状介质界面波传播特性研究

在弹性波传播理论的基础上,结合边界条件,导出了流固层状介质导波特征方程,计算特征方程的频散曲线;然后结合Urick、Urick-Ament和Harker-Temple这三种悬浊液模型,计算流体层中的泥沙含量和颗粒粒径与界面波波速的关系;分析比较不同模型下泥沙含量及颗粒粒径与波速的关系图,讨论不同参数对波速的影响,得出了三种模型下波速随泥沙含量和颗粒粒径的变化趋势,最后发现Urick-Ament模型同时适用于检测悬浊液的泥沙含量和泥沙颗粒粒径,且在三种模型中有相对较好的可靠性和实用性。     

非理想界面正交各向异性层/压电半空间结构中Love波的传播特性

研究了正交各向异性层与压电半空间非理想连接时Love波的传播特性。其中,界面条件由剪切滞后模型表征,正交各向异性层表面机械自由。首先,对压电材料和正交各向异性材料的波动方程进行求解,然后利用界面条件和边界条件推导了显函形式的频散方程,最后进行了数值计算,分析了界面性态、压电材料性能和正交各向异性程度对频散特性的影响。分析结果表明：Love波的传播速度随着界面约束强度的降低而减小;当不理想程度较高时,正交各向异性程度和压电材料性能对Love波的传播速度影响不大。     

基于声学隧道效应的低频目标强度增强技术

高分子聚合物(Polymethyl Methacrylate,PMMA)材料的瑞利(Rayleigh)波相速度低于水中声速,是一类亚音速波,其声散射特性及形成机理与金属材料存在一定差异。根据弹性球散射声场简正级数解,对比分析了相同尺寸的PMMA球和钢球的目标强度,发现PMMA球在低频段具有较大的目标强度。采用亚音速波声学隧道效应和表面环绕波传播共振特性,对PMMA球中亚音速Rayleigh波形成的低频目标强度增强进行了物理机理解释和分析。最后,开展了PMMA球和钢球声散射水池试验,验证了PMMA球具备较大的低频目标强度以及分析结果的准确性。     

界面剥离钢-混凝土组合结构应力波传播谱元法模拟研究

建立钢-混凝土组合结构截面二维谱元法模型,针对钢-混凝土界面完好以及存在界面剥离时模型在单点激励下弹性应力波场进行模拟分析,探究弹性应力波的传播规律。采用去除混凝土单元的方法反映组合结构中钢板与混凝土之间的界面剥离。通过对比分析表明界面剥离的存在对弹性应力波场以及模型上不同位置的位移响应产生影响。通过改变界面剥离程度,得到测点位移的变化规律。通过模拟,谱元法可以有效模拟钢-混凝土组合结构中弹性波的传播规律,为研究基于应力波测量的钢-混凝土组合结构界面缺陷检测机理提供帮助。     

半空间内孔边界面裂纹对SH波的动力响应

采用"镜像"和"剖分-契合"等方法,对SH波作用下半空间孔边界面裂纹的动应力问题进行了研究。首先,采用"镜像法",将半空间镜像为全空间,构造出满足边界条件的散射波场;其次,借助"剖分-契合"方法和"裂纹切割"技术,将全空间沿界面分割成两个半空间求解后,再由界面应力位移连续"契合"条件组合成全空间,建立起求解该问题的积分方程组;最后,对界面裂纹端点的动应力强度因子(DSIF)进行数值分析。分析结果表明:适当地避开入射波波数、入射角度及裂纹长度等最不利影响因素的组合,可达到降低裂纹尖端点动应力的目的。     

双相介质中椭圆孔洞与裂纹对SH波的散射

采用Green函数法和保角映射法解答了双相介质界面附近一个椭圆孔洞和一个裂纹(在同一侧)对SH波的散射问题。沿水平界面将双相介质剖分为一个含椭圆孔和裂纹的半空间以及一个完整的弹性半空间。结合“裂纹切割”法,利用Green函数法构造裂纹,求解出孔洞与裂纹同时存在时的位移和应力表达式。一组未知力系施加在水平界面上,使两部分契合,基于界面连续条件推导出一系列Fredholm积分方程组,从而求出未知力系。最后,给出算例讨论了不同参数对椭圆孔周边动应力集中系数和裂纹尖端动应力强度因子的影响。     

飞机座舱显示界面目标图符的设计和评价

针对飞行员需要快速辨认等问题,设计了飞机座舱显示界面的目标图符,并采用匹配测试和排序测试实验来评价设计的优劣。在实验和实验分析的基础上得到以下结果:敌机的目标图符采用红色、实心、三角形识别性较好;对友机和僚机的目标图符采用绿色或蓝色、实心、圆形识别性较好;对于不明飞机目标图符采用黄色、实心、方形识别性较好。该评价方法对于界面设计具有一定的参考价值。     

埋地管道漏损检测的声传播特性研究

地下管道漏损的准确定位问题一直是困扰世界范围内供水系统和市政建设的难题。管道漏损不仅会浪费大量的资源,而且还会造成严重的事故以及环境污染。针对埋地管道这样一个典型的土-管-液三相耦合问题,将管道周围土壤做弹性体考虑,对弹性介质中充液管道的声传播特性进行了解析研究。推导了低频域周向波数n=0的轴对称管道振动耦合方程,通过数值方法分别得到了流体波(s=1)和壳体压缩波(s=2)的复波数解。结果显示,管外土介质会使管道流体波波数减少(也即加快波的传播速度),而对壳体压缩波的传播影响较小。由于管-土作用产生的能量辐射,在整个研究频段s=1波和s=2波都有较大的衰减。研究结果可为埋地管道漏损的精确检测提供理论支持。     

弱粘接界面固-固界面波特性及与界面粘接性质关系数值研究

根据两固体粘接结构在不同粘接强度下的弹簧模型边界条件,通过傅里叶积分变换方法进行波动方程求解,理论分析和数值计算了相近横波速度的两种固体间界面波的频散及衰减特性.计算结果表明,当切向弹簧劲度系数从滑移粘接界面向完好粘接界面逐渐变化时,界面波的频散特性随之变化.在此基础上进一步计算了不同界面粘接条件下法向线源脉冲激发的界...     

Near zone scattering and extinction properties of a left handed material cylinder buried in a semi infinite medium with rough interface

A solution utilizing the spectral plane wave representation of fields (SPRF) combined with the extended boundary condition method (EBCM) is presented to study the scattering and extinction properties of a left handed material cylinder buried in a semi infinite medium with a rough interface. The EBCM is used to evaluate the field transmitted through the interface, which excites the cylinder. The SPRF is used to study the interaction of scattered field from the cylinder with the rough interface. The effect of the negative permittivity and permeability of the cylinder on the far zone scattered field is observed. Further, the near zone scattered field is investigated, which is very helpful to characterize the scenario in which object detection is a challenging task. It is also observed that the electrical size is an important factor affecting the near zone scattered field since the extinction cross section depends upon size.     

浅海单模入射声场目标回波特性研究

浅海环境中,目标回波受到入射和散射双向过程的信道多途影响,具有复杂的多途结构。基于相控垂直阵的单模发射技术能激发出指定的单个简正波声场,可以降低海底混响干扰,简化目标回波多途结构,为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上,采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题,建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型,并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明:总声源级相同条件下,单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益,目标回波具有较高的声压级;单模入射能够消除单程多途的影响,回波结构相对简单,有利于目标的探测和识别。     

吸收剂颗粒界面效应对电磁波吸收性能影响的理论研究

针对含夹杂颗粒的电磁吸波复合材料,探讨了颗粒界面对电磁波吸波性能的影响.首先给出了表征电磁波吸收层吸波性能的场强反射率及其功率反射率的计算公式,在此基础上结合颗粒夹杂复合吸波材料含界面效应的等效介电常数和等效磁导率的预测公式与电磁波吸波层的功率反射率的基本理论,给出了电磁波吸收层的功率反射率与颗粒尺寸,以及颗粒界面效应之间的关系.进而从数值角度展示了颗粒界面效应与电磁波吸收的最佳频率和电磁波吸收层厚度的影响,以及颗粒界面对电磁波功率反射率的尺度效应等.分析结果表明,当电磁波吸收剂的颗粒尺寸较小时,颗粒界面效应对电磁波功率反射率的影响是明显的.     

Initiation, propagation and arrest of an interface crack subjected to controlled stress wave loading

An experimental study has been conducted to investigate the initiation, propagation, and arrest of bimaterial interface cracks subjected to controlled stress wave loading in the form of a tensile dilatational stress wave pulse. The tensile pulse is generated by detonating lead azide explosive in a specially designed specimen. Dynamic loading of the bimaterial interface results in crack initiation, propagation, and arrest, all in the same experiment. This failure event is observed using photoelasticity in conjunction with high speed photography. Full field data from the experimentally obtained isochromatic fringe patterns is analyzed to determine time histories of various fracture parameters such as the crack tip speed, the dynamic complex stress intensity factor, the energy release rate, and the mixity. The experimental data is also used to quantify the values of the dynamic initiation and arrest toughness and to evaluate a recently proposed dynamic interface fracture criterion. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

炸药量对爆炸焊接界面波影响的数值模拟

为了保证金属复合材料的爆炸焊接质量,对爆炸焊接过程中的爆轰荷载大小起着决定性作用的炸药量及布药方式进行了探索。应用AUTODYN非线性显式动力学分析软件,模拟了基、复板爆炸焊接复合过程,得到了不同炸药量下爆炸焊接过程中的压力时程,结合理论公式,分析炸药量、爆轰荷载、碰撞速度和界面波状之间的关系,及炸药量对爆炸焊接界面波的影响。并在复板上、下表面等间距各设置了8个关键点,比较了炸药厚度均匀布药方式和厚度递减布药方式产生的波状形态。结果表明,在可焊性窗口内,炸药量多的会产生较大波状结合界面;厚度递减布药方式能够消除均匀布药方式下界面波的不均匀现象,其中方案2的速度波动效果最好。并且已经结合的界面受到后续压力的振动破坏明显降低。