基于高分辨率Radon变换的瑞利波反演在役路基动模量

为了探索在役路基动模量的一种动态反演与成像方法,该研究通过瑞利波在弹性层状体系中的理论频散方程,揭示了瑞利波在基准路基路面结构中的理论频散特征,基于高分辨率线性Radon变换建立了路基路面结构中瑞利波频散曲线的提取方法。在结合高分辨线性Radon变换提取的频散曲线与路基工作区细化分层的基础上,建立了在役路基工作区动模量的反演成像方法。通过在足尺道路试槽内点对点依次进行瑞利波、落锤式弯沉仪(fallingweightdeflectmeter, FWD)、承载板和弯沉测试,建立了各测试指标之间的关系。结果显示,瑞利波反演的路基动模量与其他测试方法相应结果的相关系数均大于0.80,且反演成像结果能够正确、清晰地反映路基承载能力与压实工况。     

超声导波频散曲线反演皮质骨参数的研究

皮质骨参数的变化可以反映骨质的健康状况,因此文章提出了一种频散能量匹配算法来反演皮质骨参数。首先,通过频散特性方程计算出预定义参数下的频散曲线数据库;其次,利用时域有限差分算法建立皮质骨声场模型,将仿真的时域信号通过功率谱估计得到频散能量信息,并与数据库进行匹配,通过分析匹配结果的能量从而得到皮质骨的厚度、纵波速度和横波速度。仿真结果显示：与理论值相比,厚度的平均相对误差为3.8%,纵波速度与横波速度的平均相对误差分别为0.6%、0.9%。对三组离体牛胫骨皮质骨进行反演,离体实验结果显示：与真实值相比,厚度相对误差为4.9%,且实验频散曲线与反演得到的理论频散曲线吻合。因此文中所提出的反演算法可以有效获取皮质骨的厚度,横波速度和纵波速度,从而为评价骨质的健康状况提供可靠的依据。     

应用兰姆波测定材料弹性参数的反演方法

提出基于兰姆波基础阶对称模式的反演方法来估计材料的弹性常数。兰姆波在存在复杂边界的结构中传播时,时域上边界回波相互混叠,各波包成分难以识别。根据兰姆波的频散特性,选取群速度最快对称模式的低频,用于反演计算。利用相位展开法获取基础阶对称模式的相速度实验值;建立以相速度实验值、弹性常数估计值、频率为变量的误差函数,当误差函数最小时,相速度实验值与基于弹性常数估计值的频散曲线吻合度最好。结合薄铝板、发电机大功率电机的线棒绝缘层、转向架的弹性常数反演过程,并进行误差分析,验证基础阶对称模式反演方法的可行性、通用性。     

周向导波在不同连续性条件多层圆筒中的传播

通过对多层厚壁圆筒中周向导波频散曲线研究,发现周向导波在多层圆筒中传播时,会发生明显的频散现象和模态干涉现象,第1阶模态在高频时接近于无频散的Rayleigh面波。通过对不同连续性条件的多层筒与单层筒的频散曲线比较,以及筒的层数对频散曲线的影响,都充分说明了检测层间界面缺陷的周向导波应该集中在低阶模态上。最后对不同连续性条件多层筒的位移研究,最终推断出第2阶模态具有在层间界面附近集中能量的特征,可应用于层间界面缺陷的周向导波无损检测技术中。     

Lamb波传播特性研究

应用三维弹性理论对Lamb波频散曲线进行理论建模.在Lamb波主动监测系统中,应用Gabor小波变换理论分析Lamb波信号的时延及相位角,获得了板中Lamb波的相群速度频散曲线.比较理论曲线与实验数据,证明了三维弹性理论建模方法的有效性.     

狭缝空腔间粘弹性体中弹性波传播特性的研究

利用笛卡尔坐标下的Kelvin-Voigt线性粘弹性模型,研究了无限长粘弹性狭缝通道中波的传播和衰减。利用自适应绕数求根方法,针对具有狭缝形空腔周期性分布覆盖层的吸声问题,求得频散方程的根,并且得到无限长狭缝空腔中相速度频散曲线和衰减曲线。分析了各阶模式对无限长粘弹性狭缝结构中波传播的相速度和衰减的影响。通过引入复粘弹性模量,粘弹性波动方程具有弹性波动方程相对应的形式,计算中可用复值粘弹性模量代替相应的弹性模量。粘弹性狭缝结构中所有波传播模式均存在衰减,高阶波在某个频率以下衰减非常大,而在该频率以上逐渐减小;最低阶模式的相速度与材料无损耗的情况非常接近。粘弹性狭缝结构中波传播的衰减特性不仅与狭缝的结构参数有关,还与粘弹性材料本身的复弹性模量有关。     

圆柱壳中结构振动波的传播特性

计算了圆柱壳中低阶和高阶周向模态结构振动波的频散结果，得到了相应的频散曲线。着重分析了近场波和衰减驻波的性质及其随频率变化的规律，结果表明：纵向伸缩近场波和扭转近场波都不具有通常意义上的纵向伸缩和扭转的性质，弯曲近场波则具有通常意义上弯曲性质；衰减驻波大体上是弯曲性质的驻波。文中把低阶和高阶周向模态情况下波的频散规律也作了比较。     

碳纤维增强复合材料层合板Lamb波衰减特性研究

为提取适用于碳纤维增强复合材料层合板声发射故障诊断的模态信号,利用三维弹性理论及传递矩阵法获得Lamb波的频散曲线。以碳纤维增强复合材料层合板为研究对象搭建实验平台,改变断铅激励位置从而获得不同声发射信号。对采集的声发射信号进行小波尺度谱分析,结合频散曲线分离出不同模式的Lamb波,分别研究其不同频率的幅度及能量衰减特性。实验结果表明,较其它信号,低频率S0波幅度信号衰减速度较低,对碳纤维增强复合材料层合板的声发射故障诊断研究具有较大优势。     

流-固多层结构中软层介质参数反演研究

建立了固体层内含软层介质的多层流-固界面模型。使用传递矩阵法,导出固体层内含软层介质的流-固界面波的频散方程。根据频散方程计算频散曲线,改变软层介质的深度、厚度及横波波速,观察频散曲线的变化。使用有限元软件建立仿真模型,引入遗传反向传播(Back Propagation, BP)神经网络,对模型参数进行了反演。反演结果表明,使用遗传BP神经网络,能有效地反演出软层介质的深度、厚度与横波波速参数。     

基于弯折频率变换的Lamb波高分辨率损伤成像

Lamb波在结构健康监测中受到广泛关注,但其在传播过程中存在着多模和频散特性,不利于损伤定位和高分辨率成像。弯折频率变换（Warped Frequency Transform, WFT）通过构建合理的弯折映射可实现对频率轴的弯折。基于Lamb波群速度频散曲线设计弯折频率变换,则可用于Lamb波信号的处理。本文从直接补偿角度出发,利用WFT对传感信号进行频散抑制。提出了基于WFT的高分辨率损伤成像方法,利用有限元软件ABAQUS进行了带损伤铝板中Lamb波传播的仿真。仿真结果表明WFT能有效压缩频散的波包,通过本文所提成像方法可实现高分辨率损伤成像。