斜入射下粘接界面的反射特性

在粘接界面具有弹簧模型的连接条件下,利用粘接层界面的单次反射和透射推导了反射系数的模与入射角的关系,研究了粘接材料的改变对界面反射特性的影响,以及弱粘接条件下超声波的反射系数的模随着不同刚度比和入射角的变化规律.数值模拟结果表明:横波入射时,存在临界角,反射系数的模在临界角附近变化较大;临界角随上层材料的不同而变化,反射系数的模在临界角处取得极小值;界面脱粘时,随着临界角增大,反射系数模的最小值逐渐减小;在弱粘接条件下,随着界面刚度比减小,当入射角度小于某角度时,反射系数的模整体变大.     

层状含气泡非饱和多孔介质的声反射与声透射

为了得到声波从水入射到含气泡非饱和多孔介质层的反射和透射规律,气泡对多孔介质声学特性的影响以及层状固体介质对声波的反射和透射一直是水声领域重要的研究课题。分析了基于气泡振动修正的Biot波动方程和弹性模量,将介质层中三种透射波的平面波解代入修正后的Biot波动方程,通过分析平面波垂直入射的边界条件推导了声波的反射系数和透射系数。数值分析表明,气泡的大小、含量以及介质层的厚度是影响声波在层状多孔介质声学特性的重要因素。当入射声波频率很低时,介质层尺度相比波长而言很小,呈现很好的透声性能;声波频率很高时,波长很小,透射系数和反射系数都呈现振荡趋势;而当声波频率在气泡共振频率附近时,气泡的共振引发层状多孔介质的高衰减,使得声波很难穿透。     

非均匀平面波声场中质点运动的椭圆度

当均匀平面声波入射在液-固介质分界面上产生非均匀平面波时,场中质点将在其平衡位置附近作椭圆振动。计算表明:对于场中固体界面上的质点,当入射角比纵波临界角小得多时,其椭圆度近似为1,质点基本上作直线振动;当入射角比横波临界角大得多时,纵波场中质点运动的椭圆度接近于0,质点运动轨迹近于圆,而横波场中质点运动的椭圆度最小;当入射角在纵波临界角或横波临界角附近时,质点运动的椭圆度有较大的变化。文中指出固体粘滞系数对场中质点运动椭圆度的影响不大,且仅仅表现在临界角附近。在瑞利角入射下,界面法线方向上的固体质点,其运动的椭圆度呈周期性变化,当深度为瑞利波半波长整数倍时,椭圆度为1;当深度为瑞利波半波长的奇数倍时,椭圆度最小。     

正入射条件下光在两单轴晶体分界面的反射与透射系数

目的研究光在两单轴晶体分界面的反射和透射情况. 方法对晶体内存在的本征振动, 根据电磁场边值条件, 分析反射光和透射光的振辐分布. 结果给出两单轴晶体分界面的反射和透射系数. 结论在两种单轴晶体的分界面处, 一束光入射将有两束反射光和两束透射光存在. 利用电磁场边值关系, 可以计算得到反射场和透射场对应的反射系数和透射系数. 其表达形式比各向同性情况复杂一些.     

各向异性特异材料界面的反常折射与反射性质

根据电磁场边界条件和色散关系,理论研究了电磁波从各向同性右手材料向各向异性特异材料入射时的反常折射与反射性质,结果表明,从各向同性右手材料向never cutoff型特异材料入射时,透射波的波矢和坡印廷矢量的反射角具有相反的符号,折射角的幅度随着入射角的增大而增大并趋于一定值;研究了磁导率张量参数对折射角的影响,对于anti-cutoff型特异材料界面,当入射角小于临界角θc时可以发生反常的全反射,而对于always cutoff型特异材料界面总会发生全向全反射。这些电磁性质将在部分聚焦与全向反射镜方面具有潜在的应用价值。     

煤与瓦斯突出冲击波传播规律研究

应用应力波理论研究了煤与瓦斯突出过程中产生的冲击波在煤体界面上的反射、透射现象,得到了入射、反射和透射超压解析解,根据空气动力学分析了冲击波沿巷道方向传播规律.结果表明：透射超压值为入射超压的两倍,而反射超压值略小于入射超压.冲击波超压与冲击气流、突出的膨胀能量成正比,与通风巷道的截面面积呈反比;当冲击波在单个层状煤体中传播时,它会在其两端自由界面上出现反射,反射波反向卸载,自由面上物体振动速度加倍,又将其撕裂成若干个更薄的层状体;当冲击波传播到构造煤和硬煤岩体的分界面上时,产生了强烈的透射和反射现象,透射波在分界面上叠加,其应力值加倍,煤体受到强烈压缩作用,当其超过软煤强度时,软煤被压裂破坏.     

单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hnchen位移

左手材料是近几年兴起的一种新型人工材料,现有的左手材料大多数是各向异性的.因此对各向异性左手材料的研究非常重要.对光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料薄层的Goos-Hnchen(GH)位移进行了研究.分别对入射波全反射和部分反射情形进行了研究,得到了GH位移的表达式.分析了入射角和光轴与界面的夹角对GH位移的影响,并对这两种情况下GH位移的符号进行了分析.研究发现,部分反射时反射波的GH位移与透射波的相等;薄层厚度逐渐增加时,透射波的GH位移振荡且呈整体增加,在透射共振点达到绝对极大值,它受入射角和光轴与界面的夹角的巨大影响.     

单轴各向异性左手材料薄层的Goos-H(a)nchen位移

左手材料是近几年兴起的一种新型人工材料,现有的左手材料大多数是各向异性的.因此对各向异性左手材料的研究非常重要.对光轴与界面成任意角度的单轴各向异性左手材料薄层的Goos-H(a)nchen(GH)位移进行了研究.分别对入射波全反射和部分反射情形进行了研究,得到了GH位移的表达式.分析了入射角和光轴与界面的夹角对GH位移的影响,并对这两种情况下GH位移的符号进行了分析.研究发现,部分反射时反射波的GH位移与透射波的相等;薄层厚度逐渐增加时,透射波的GH位移振荡且呈整体增加,在透射共振点达到绝对极大值,它受入射角和光轴与界面的夹角的巨大影响.     

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明：模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。     

液-固界面反射纵波的虚拟横向位移

通过对光学中Goos-Hnchen效应的类比,建立虚拟横向位移模型,推导反射纵波在液-固界面上的传播速度的数学表达式。数值模拟结果表明:在声波测井中测量到的声波首波信号是在液-固界面产生的具有渡越时间/横向位移的反射纵波,而不是通常声波测井模型所认为的以固定传播速度在液-固界面(或井壁)传播的滑行折射纵波。这个反射纵波在界面上的有效传播速度不仅与界面两侧介质的物理参数有关,而且与入射角有关。     

扭转模态导波检测管道纵向缺陷的数值模拟

为了评价超声扭转模态导波对管道纵向缺陷的检测能力,采用有限元方法进行了数值模拟研究.建立了带有纵向缺陷的管道有限元模型,激励和接收了扭转模态的T(0,1)导波,获得了缺陷长度与反射系数之间的关系曲线和回波信号在管道圆周方向的分布规律,并提出了采用T(0,1)模态导波检测时,对纵向缺陷进行周向和纵向定位的方法.结果表明,32.6 kHz的T(0,1)模态导波对管道上的纵向缺陷比较敏感,在缺陷所对应的圆周位置上,导波的回波幅度最大,而且,纵向缺陷对T(0,1)模态导波的反射系数呈单调增大、然后减小的趋势.     

功能梯度材料板中弹性波的传输系数研究

研究了置于流体中无限大各向同性功能梯度材料板相对于入射弹性波的传输系数.首先给出弹性波在多层介质中传播的循环刚度矩阵计算方法,然后利用该方法计算了弹性模量以幂函数形式变化、泊松比不变的功能梯度材料板相对于入射弹性波传输系数,分析了材料性能的梯度变化对传输系数与频厚积关系的影响.结果表明当频厚积较大时,材料性能的梯度变化明显影响弹性波的传输系数.     

瑞雷面波在弹性楔状体中的传播特性研究

瑞雷面波在弹性楔状体中传播特性的研究,由于其涉及地形对面波传播的影响等,因而是一个长期受到地球物理学家关注的问题。瑞雷波在弹性楔状体中传播时,不仅与介质的性质有关,而且与楔状体的角度（地形起伏）有关。由于人射面波总是和体波耦合在一起,精确而完备的分析方法目前尚处于探索之中。本文着重对负地形进行了分析,以势函数表示波的传播,并使其交替地满足楔状体两侧界面的边界条件。通过模型正演分析,得到了不同楔状体角度与泊松比、透射能量的定量关系以及剩余场位移的极化曲线。正、负地形的数值计算结果,可以在实际应用中分析地形对瑞雷面波的影响时参考。     

弱粘接结构中谐振频率特性

为了研究弱粘接结构界面波动特性, 利用弹簧模型方法研究了水-铝-粘接剂-铝-水多层结构中的波动特性, 并利用界面刚度系数的变化研究了反射系数与谐振频率之间的变化关系以及谐振频率的漂移规律, 通过粘接层厚度的变化研究了谐振频率阶数的变化规律.理论分析和数值计算结果表明:粘接层厚度较薄时, 弱粘接结构的谐振频率出现双峰现象;粘接层厚度较厚时, 弱粘接结构的谐振频率将会出现多峰现象, 且随着粘接层厚度的增加, 粘接结构将会出现多阶谐振频率。     

弹簧刚度对嵌入式振荡水柱波能装置水动力性能的影响

提出嵌入方箱式防波堤的垂荡式振荡水柱（OWC）波能装置,利用开源计算流体动力学库OpenFOAM及工具箱waves2foam,对该波能装置的能量转换效率和水动力特性开展数值研究.采用流体体积法（VOF）捕捉气液界面,利用Rigid-Body Dynamic网格技术求解垂荡运动.在不同入射波频下,探究垂直线性弹簧约束（用无量纲弹簧刚度表示）对OWC波能装置的波能转换效率、反射系数、透射系数、能量耗散系数、相对压降、有效相对振荡幅度和相位差等的影响.结果表明,结构物适当的垂荡运动有利于提升OWC装置在特定频率条件下的波能转换效率;振荡水柱和结构物间的运动相位差是决定能量转换效率的关键因素;为了提升能量转换效率,调节结构物的垂荡运动来控制相位差的措施是可行的.     

Energy flux characteristics of seismic waves at the interface between soil layers with different saturations

Based on the multiphase poroelasticity theory describing the propagation of waves in the unsaturated fluid-saturated porous medium, the reflection and transmission coefficients of the seismic waves at the interface between soil layers with different saturations are obtained. Our unsaturated model consists of a deformable skeleton in which two compressible and viscous fluids (i.e., water and gas) flow in the interstices. Three compressional waves (i.e., P1, P2, and P3 waves) and one shear (i.e., S wave) wave exist in the unsaturated soils. The expressions for the energy ratios of the various reflected and transmitted waves at the interface during the transmission and reflection processes are presented in explicit forms accordingly. At last, numerical computations are performed and the results obtained are respectively depicted graphically. The variation of the energy ratios with the incident angle, wave frequency and saturation degrees of the upper and lower soil layers is illustrated in detail. The calculation results show that the allocation of incident seismic waves at the interface is influenced not only by the angle and frequency of the incident seismic waves, but also by the saturations of the upper and lower soil layers. It is also verified that, at the interface, the sum of energy ratios of the reflected and transmitted waves is approximately equal to unity as was expected. This study is of importance to several fields such as geotechnical engineering, seismology, and geophysics.     

台阶式地形上双垂板透空系统的水动力学特性

基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM中的工具箱waves2Foam,通过在双垂板透空系统下方布置不同尺寸的台阶式地形（潜堤）,对规则波-双垂板-地形耦合系统的水动力学特性进行数值分析. 在不同入射波况作用下,研究双垂板的间距和台阶式地形的尺寸对结构系统前/后的反/透射系数、波能的黏性耗散率及双垂板间的液面相对振动幅值等水动力参数的影响. 此外,探究波浪非线性对相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置台阶式地形尺寸,如令地形的长度与波长的比值约为1.0,能够有效减小双垂板系统的波能反射和透射,并可获得适中的黏性耗散率;地形的存在会加剧双垂板间的液面振动幅度,有效提升两板间的波能捕获能力;波高的增大会造成反射和透射系数的减小,增大黏性耗散率,降低板间液面振动幅值.     

Reflection and Transmission of the Level Step to the Waves in a Linear and Continuous Layer Liquid

1 Introduction Owing to the hot radiation of the sun, the den- sity distribution of water is usually perpendicular in actual oceans and river bayoux. The source of the disturbance will not only produce water waves of a surface mode, but also of an internal mode[1–2]. In layered liquids the internal mode will induce some dynamic water phenomena which are different from those in the single layer liquid[3]. Considering the propagation of waves in deep upheaval terrain, the problem can be simplif…     

承压界面接触特性超声检测

针对由于接触界面的非完好性, 使得超声波在接触界面处传播呈现非线性效应问题, 建立了一维纵波在承压界面传播的简化模型, 利用界面处超声波透射系数表征界面刚度.在不同压力下, 进行界面超声检测试验, 归纳界面刚度系数与压力的幂律系数.结果表明, 可利用超声波在接触界面的刚度系数和非线性系数等特征参数进行界面接触状态的评价.