基于振动模态分析的钢轨中超声导波传播特性数值计算方法

针对钢轨等复杂异型波导结构中超声导波频散特性难于求解的问题,本文通过振动模态分析提取出钢轨中超声导波传播特性。基于振动特征频率和波动解互相转化的原理,将振动模态分析获得的特征频率解,转换成波动解,进而提取出钢轨的频散特性。同时,还可以由结构振动分析中获得的变形信息,计算出超声导波的波结构。通过对计算出的钢轨中低阶超声导波模态频散特性和波结构分析,选择出适合钢轨无损检测的超声导波模态类型和频率范围,为后续专用超声导波传感器设计和检测实验提供理论支持。     

压电复合材料层合结构中的SH波

考虑压电耦合效应,通过传递矩阵-二维谱分析研究了压电复合材料层合板稳态SH波的频散特性和瞬态SH波的传播特性。数值分析表明: 压电耦合作用提高了SH波的截止频率和相速度; 由表面扰动激发的SH波, 一部分能量向板深度方向传播, 一部分以表面波的形式在两倍波长深度内传播。所采用的传递矩阵-二维谱分析为层合结构瞬态波动研究提供了一种有效的数值方法。      

无限介质包围的充液管道中导波的频散特性

利用波传播方法从理论上分析了无限介质包围的充液管道中导波的频散特性。基于经典的薄壳振动理论,求出了不同传输路径中的波数表达式,并利用数值方法对振动方程进行解析研究,分析管道参数和无限介质对导波频散特性的影响。结果表明,管道厚径比、管壁厚度、无限介质和管壁材料与导波频散密切相关。其中管道厚径比和管壁材料对流体主导波（s1波）频散的影响更大,管壁厚度和无限介质对管壁压缩波（s2波）频散的影响更大。通过仿真证实了无限介质对s2波频散的影响比对s1波更大。研究结果对于地埋管道的漏损检测具有一定的参考意义。     

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面波瞬态信号,可以更直观地观察不同粘接界面条件时界面波的信号特征与传播特性,包括频散特征、幅度变化等。采用完全在固-固界面激发、同时在界面接收的新方式,研究了不同界面特性玻璃-钢界面波的频散特性及瞬态波形,发现了不同于其他研究的界面波的独特特性,这些研究结果为进一步基于界面波传播特性进行粘接界面特性的定量和定性超声检测与评价提供了理论依据以及检测和表征的手段。     

Love 波在电磁弹性多层结构中的频散特性

在电磁弹性多层结构模型的基础上, 通过本构方程和场方程推导出Love 波在电磁弹性介质中的波动方程。利用传递矩阵方法, 给出了一定边界条件下Love 波在该结构中的频散方程。通过对算例进行分析, 得出了Love 波在电磁弹性多层结构中传播的一些特性。      

基于2.5维有限元法的有限长波导结构模态密度计算EI北大核心CSCD

模态密度是衡量振动系统贮存能量大小的物理量,同时也是统计能量分析子系统的主要参数之一,其精度能够直接影响系统响应预测的精度;群速度为结构波能量的传播速度,是表征结构波动特性的重要参数。针对工程中常见的波导结构,基于2.5维有限元法计算结构的频散曲线,利用波形置信度概念对频散曲线对应的特征波进行分类,同时给出波导结构特征波群速度的表达式。从波动角度出发,推导了有限长波导结构总的模态密度和不同特征波模态密度的计算公式。以单板和高速列车用铝型材为例,对其波动特性和模态密度进行分析和计算。研究结果表明,随着频率增加,该方法计算得到的模态密度和其他方法吻合较好。在结构的截止频率处,群速度为零,模态密度无穷大,但在有限频带内的平均模态密度为有限值;结构的某些截止频率附近,群速度和模态密度可能会存在负值,意味着结构波的传播方向和能量的传播方向相反。通过对特征波的识别,可实现不同特征波下的模态密度计算。相关结果可为统计能量分析中相似模态群子系统的划分提供参考依据。     

二维非线性单原子正方晶格色散摄动分析

声子晶体的色散关系决定弹性波在其中的传播方式。从二维无限周期结构的波动方程出发,提出了一种分析非线性离散型声子晶体的色散关系的一阶近似摄动法。通过引入Bloch理论与小参数摄动展开法,得到了一阶近似的色散关系与频散曲线,以分析不同方向上的阻抗配置与非线性系数对频散及群速度的影响。以二维单原子正方晶格为例,得到了其一阶频散曲线。色散结果显示带隙及传播方向与波幅相关。最后模拟了晶格对点谐波激励的响应,以验证摄动分析有效性。     

质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

参数随机Lamb波频散特性的非嵌入式多项式混沌方法

Lamb波频散特性理论分析是板状结构开展导波无损检测的基础,传统的参数确定Lamb波频散特性分析方法往往忽略名义参数与实际参数之间存在的误差,而这种忽略已逐渐不能适应Lamb波高精度高效率无损检测的需求。提出一种融合谱配置方法的非嵌入式多项式混沌分析方法,利用Galerkin映射将频散特性进行正交多项式混沌展开,得到参数随机Lamb波频散的统计特性,并与蒙特卡洛随机模拟方法进行对比,两种方法获取结果一致,而此方法具有明显的分析效率优势。研究有助于完善板状结构Lamb波传播与无损检测分析理论。     

基于三维弹性理论的碳纤维板中Lamb波建模

基于主动Lamb波的结构健康监测是目前复合材料结构损伤监测技术研究的热点之一,了解Lamb波的传播特性对进行可靠的损伤监测非常重要.本文结合经典三维弹性理论与Lamb波的运动位移方程,对碳纤维复合材料板中传播的Lamb波传播特性进行了建模研究,在此基础上推导了碳纤维板的相速度频散曲线,并讨论了Lamb波传播方向与坐标轴之间的夹角及碳纤维铺层方向对频散曲线的影响,建模结果证明了这种建模方法的正确性.     

充液圆柱壳的波传播和功率流特性研究

以一无限长弹性充液圆柱壳为研究对象，分别用Ｆｌｕｇｇｅ壳体理论与Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析管壁结构波运动和管内声场，通过管壁内表面的运动协调条件，建立此耦合系统的运动微分方程。分析了耦合波的传播特点。重点讨论在自由传播波作用时，由壳体中各内力传播的功率流，从能量角度分析了各种波的传播特点。     

浸没的圆柱壳在冲击波作用下动响应的Galerkin解法

研究了无粘、无旋和不可压缩流体中两端简支圆柱壳在给定冲击波作用下的动响应。圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用，通过将冲击波压力分布函数表示为Ｆｏｕｒｉｅｒ级数有限项形式，并利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行数值求解，得到了圆柱壳在冲击波作用下的位移响应特性     

带形介质内SH型导波对圆柱孔洞的动力分析

弹性板壳的反平面运动中由缺陷引起的应力集中问题可以按照带形介质中圆柱孔洞对SH型导波的散射问题来分析。首先,构造带形介质中相容导波的形式,即其满足上、下边界应力自由条件。之后,由波函数展开法给出圆柱孔洞散射波的级数表示,根据累次镜像叠加的方法构造由上、下边界反射所形成的相容的散射导波。最后,给定入射导波,由圆柱孔洞边界应力自由的条件来定解波函数级数的系数。数值算例求解了特定导波对圆柱孔洞的散射,给出了圆柱孔洞边沿的动应力分布,讨论了导波阶数、频率以及孔洞位置的影响。     

Wave propagation in and free vibrations of gradient elastic circular cylindrical shells

The governing equations of motion for a gradient elastic circular cylindrical thin shell are derived. The basic equations of dynamic equilibrium and strain-displacement relations due to Donnell are combined with the stress–strain equations of the gradient theory of elasticity involving one microstructural and one microinertial elastic constant in addition to the two classical elastic moduli. The shell governing equations of motion are first used to study the propagation of harmonic waves and then free vibrations for the particular case of a circular cylindrical shell simply supported at its two ends. The results of these analyses are compared against those of the classical case in order to assess the microstructural and microinertial effects on the dynamic behavior of the shell.     

Interaction between a cylindrical shell in a fluid and a pulsating bubble

The dynamic behavior of a cylindrical fluid-immersed shell in a pressure wave initiated by a pulsating vapor-gas bubble that develops as a result of the action of laser radiation on the absorbing medium (metal) is examined experimentally and theoretically. The results of the experiments suggest that the amplitude of the shock wave that develops as a result of complete or partial vaporization of the absorbing medium is appreciably smaller than the amplitude of the waves due to pulsations of the bubble that is formed. Experimental data on the pattern of structural deformation are confirmed by calculations. The effect of load simulation on the behavior of the shell is established according to computational data.Translated from Problemy Prochnosti, No. 6, pp. 116–120, June, 1990.     

Effects of an external magnetic field on thermo-acoustical waves in a linear isotropic thermo-elastic dielectric material

Summary Thermo-mechanico-electromagnetic coupled waves propagating in a linear isotropic thermo-elastic dielectric material are theoretically investigated, in case an external magnetic field is applied to the material. Here the constitutive equations derived from the Clausius-Duhem inequality and Vernotte's heat conduction law are adopted. There are three types of coupled waves: the predominantly electromagnetic wave, the predominantly mechanical transverse wave and the predominantly thermo-mechanical longitudinal wave. The first and second waves have no thermal coupling. The third wave has thermal coupling and its propagation velocity and attenuation constant are perturbed by the external magnetic field.     

Magnetostatic surface waves on a moving domain boundary in a garnet ferrite crystal

The behavior of magnetostatic surface waves on a domain boundary uniformly propagating in a garnet ferrite crystal was theoretically studied. It was established that the boundary motion, while not affecting the magnetostatic surface wave structure, may significantly modify the wave spectrum.     

Non-symmetrical wave propagation in arteries

Summary For a better understanding of the effects of initial stress on flow in elastic tubes, the propagation of a harmonic and non-symmetrical wave in an initially stressed thick cylindrical shell filled with an inviscid fluid is studied. Although the blood is known to be a non-Newtonian fluid, for simplicity, it is assumed to be a non-viscous, while the elastic tube is considered to be isotropic and incompressible. Utilizing the theory of small deformations superimposed on large initial static deformation, for a non-symmetrical perturbed motion the governing differential equations are obtained in cylindrical polar coordinates. Due to variability of the coefficients of the resulting differential equations of the solid body, the field equations are solved by truncated power series method. Applying the boundary conditions, the dispersion relation is obtained as a function of inner pressure, axial stretch and the thickness ratio. It is observed that the wave speed of the non-symmetrical wave is large as compared to the axially symmetrical case. Various special cases are also discussed in the paper.     

On the behavior of shock waves in deformable dielectric materials

In this paper, the behavior of plane shock waves propagating in elastic dielectrics is examined. The differential equation governing the amplitude of wave and formulae concerning the polarization changes across the shock are deduced. Some particular situations are studied in detail.     

夹层充液的双层加肋壳体的振动模态分析

基于流体的波动方程和结构的动力方程,利用有限元方法研究了考虑流固耦合时的双层加肋圆柱壳体的振动特性。论文计算了充液夹层圆柱壳体在加肋和不加肋两种情况下的结构模态,分析了影响结构振动的主要因素,为进一步开展水下航行器的研究提供了一定的依据。