固体中二维纵波非线性方程的摄动解

针对二维纵波非线性方程的求解问题进行了研究.从二维纵波非线性方程出发,围绕声马赫数对该方程的解进行二阶摄动展开,求解出二维非线性纵波方程的二阶摄动解.根据计算结果定义二次谐波沿x轴的传播分量和沿y轴的传播分量与入射基波的振幅比为非线性系数,并对基波和二次谐波的传播特性进行详细讨论,探究了二维纵波在固体中传播时其入射波振...     

一种岩心样品横波速度的实验室测量方法

准确测量声波在不同类型岩心中的传播速度是岩心声学性质分析的基础。一般实验室利用超声波透射法所测试的岩心样品均为小尺寸岩心样品。在测量小尺寸岩心样品横波波速时,难以消除的纵波余震信号会对横波的识别产生干扰。提出了一个在实验室内测量小尺寸岩心样品中横波波速的"辅助块"超声波透射波测试方案,较好地实现了纵横波的分离,减小了横波波速的测量误差,提高了岩心样品横波波速测试的精度。给出了上述测量方案和测量实例分析,该方法亦可用于一般固体样品中横波波速的测量。     

扬声器低频谐波失真的数值分析

扬声器作为一种非线性振动系统，在低频段仅考虑力学恢复力非线性可用经典的Duffing方程来描述；同时考虑恢复力和磁场非线性可用广义的Duffing方程来表征。Yoshinisa研究了仅含恢复力非线性扬声器低频非线性现象中的低频谐波失真现象，但对恢复力和磁场非线性同时存在的扬声器低频谐波失真问题未作研究。西方利用Matlab软件求解扬声器非线性振动系统的广义Duffing方程的数值解，又利用Spectra Plus频谱分析软件得到扬声器低频谐波失真与频率的关系曲线，通过分析低频谐波失真与频率的关系曲线，并着重讨论磁场的非线性对扬声器低频谐波失真的影响，得出一些有价值的结论。     

基于信号相关法的材料弹性常数无损测量

研究了信号相关法在超声法材料声弹性常数测量中回波时间差的自动识别计算.通过计算机模拟的方法,分别采用信号插值、相关系数拟合两种相关系数峰值提取方法,对相关运算算法的精度、抗噪声能力、稳定性进行了验证和比较.在实验部分通过计算横波、纵波在各向同性试件中传播的回波时间差,得出超声横波、纵波波速,根据声弹性理论最终计算出材料...     

海底沉积物声波现场测试和有限差分数值模拟研究

利用基于Biot理论的高阶交错网格有限差分算法,模拟了声源在不同位置条件下激发声波的传播,重点讨论了纵波和各种转换波的声场,并与我国某海域地区海底沉积层的现场测试数据进行了对比。研究结果表明,海底沉积层中的纵波具有明显的频散现象,这种频散现象与理论预期结果相吻合,而且由Biot理论得到的纵波频散规律和现场测试结果有较好的一致性,但对于纵波的衰减,二者符合得不好,这是因为Biot理论模型的假设条件和海底沉积层的差别较大造成的。计算声场显示,当声源放置在海水中时,在沉积层中产生三种转换波;当声源放置在沉积层中时,在沉积层中产生了多种类型的波。在某些条件下,海底沉积层中的横波速度低于慢纵波速度。     

声二极管中声传播模型研究

提出一种数值计算模型以描述声子晶体和包膜气泡群构成的声二极管中声传播。声子晶体中的声传播基于有限差分的方法数值求解,而微气泡中的非线性声传播采用非线性声波方程耦合微气泡振动方程求解。数值模拟的结果与已报道的实验结果相符合,证明了数值模型的有效性。在此基础上进一步讨论了包膜气泡参数改变对声二极管整流比的影响。     

声学法测量复合绝缘子弹性常数

提出了一种实用的声学法测量复合材料弹性常数的方法.依据复合材料中声波速度与材料弹性常数之间的本构关系,测量不同传播方向的少数几个声速,就可以得到其弹性常数矩阵.以复合绝缘子为测量样品,为提高测量横波的精度,根据超声波在边界上的波型转换条件,使用常规纵波探头对由掠入射纵波产生的横波进行测量.     

声波由粘弹性介质向流体介质入射情况下的声反射分析

在研究含腔体的结构的声学特性时,会遇到声波从粘弹性介质向流体介质入射的情况。主要研究了声波从粘弹性介质向流体介质斜入射情况下的声反射特性,分析表明：反射声波中有横波和纵波同时存在,纵波声压反射系数随入射角度的增大逐渐增大,横波的声压反射系数随入射角度的增加先增大后减小,在垂直入射时只有纵波,而没有横波存在。这些结论为进一步研究带空腔结构的声学特性打下了基础。     

0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢早期损伤非线性驻波法检测

针对非线性超声纵波检测中信号幅值较低、二次谐波不易被有效激发且易受干扰的问题,提出非线性驻波检测方法。分别对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢拉伸试件进行非线性超声纵波法和非线性驻波法检测,检测结果表明,相比于非线性超声纵波法,非线性驻波法能够提升信号幅值,有效激发材料内部由于非线性相互作用产生的二次谐波,提高超声信号的信噪比和频谱的频率分辨率,且试验结果与有限元仿真结果基本一致。对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢三点弯曲疲劳试件进行非线性驻波检测,在疲劳寿命50%以前,不同疲劳应力下归一化超声非线性系数均随疲劳寿命增加而增大。因此,非线性驻波法能够更好的检测0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢早期损伤。     

不同媒介中的参量阵近场声场研究

在众多描述非线性声波传播的理论模型中,KZK方程能够准确地描述有限振幅声波传播的衍射、吸收及非线性效应,对求解参量阵近场声场有着明显的优势,因而成为描述非线性声场最为精确的方程之一。从KZK方程的频域求解出发,利用二阶对角隐式龙哥库塔法(second-order Diagonal Implicit Runge-Kutta,DIRK2)和Crank-Nicolson有限差分法(Crank-Nicolson Finite Difference,CNFD)相结合的有限差分算法,对在不同媒介中传播的参量阵近场声场特性进行研究,旨在对参量阵能量累积过程有进一步的理解,为参量阵转换效率的提高提供初步的探索,为参量阵的进一步工程应用提供相应的理论指导。     

广义兰姆波的积累二次谐波发生研究

借助色散导波的部分波分析方法、二阳微扰理论及同的声非线性反射处理技术,本文对声波导中广义兰姆波的积累二次谐波发生进行了理论研究。结果表明,在一定条件下,源于声波导介质的体非线性、由文义兰姆波的部分波非线性相互作用所发生的二次谐波具有随传播距离积累增长的性质,文中给出了广义兰姆波的积累二次谐波发生所要满足的条件,并求解出相应的积累二次谐波之解析式。     

超声导波混频表征和定位早期局部损伤的研究进展

超声导波具有远距离传输的特性，能够快速、有效地大范围检出薄板中的损伤或缺陷。非线性超声导波相较于传统超声导波，主要研究基波与材料中微观组织演化相互作用而产生的高阶谐波，对尺寸远小于基波波长的损伤或缺陷比较敏感。其中，超声导波的二次谐波相对容易激发，已被用于定量评估早期损伤。但是，超声导波的二次谐波容易受到测量系统非线性的干扰，并且无法定位材料中的局部损伤。超声导波混频在频率、模式、传播方向的选择上具有一定的灵活性，克服了二次谐波的缺点。目前，超声导波混频在理论、模拟和实验上取得了一定的进展，已被用于表征和定位金属材料中处于早期阶段的疲劳、热老化、微裂纹、冲击损伤和局部塑性变形等。高频段超声导波混频、兰姆波相向混频和非共线混频中差频谐波或和频谐波的传播性，以及更多类型损伤的定位和表征仍有待进一步研究。     

光弹法研究固体圆柱横截面上的脉冲声场

为了研究超声脉冲波在钢、铁、铝等金属棒内的传播规律。检验已有的声学理论,采用和金属声速接近的光学玻璃为样品,当超声垂直于样品侧壁入射时,利用研制的动态光弹成像系统研究了玻璃园棒内超声脉冲纵波、横波、瑞利波声场的传播特性。自动记录了0—99．9μs时间内各种超声波声场在玻璃园棒横截面上的传播图像（时间间隔0．1μs）,由此来模拟超声脉冲波在金属棒横截面中的传播行为。     

LiNbO3和LiTaO3晶体电子结构、平面声波和光折射特性

本研究基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法计算了LiNbO₃和LiTaO₃的晶格参数、电子结构和弹性常数, 并利用Christoffel方程研究了二者平面声波特征。结果表明: 两者的理论计算晶格参数和弹性常数与实验值接近, 禁带宽度分别为3.78和3.98 eV, 导带底和价带顶主要由O-2p和Nb-4d(Ta-5d)态电子贡献。化学键理论揭示Li和Nb(Ta)与O原子之间有两种成键类型。 电荷布局分析结果显示有两种相应的重叠布居数, Nb(Ta)-O键呈现强共价键作用, 并且Nb-O(Ta-O)键长小于Li-O键长。LiNbO₃和LiTaO₃晶体平面声波有两支横波和一支纵波, 纵波速度大于横波速度, 在xy平面呈现六重对称性, 在xz和yz平面各向异性程度强于xy平面, 沿[001]、晶向上两支横波振动速度相等。最后利用模守恒赝势(Norm-conserving)计算了介电常数和静态折射率, 计算表明LiNbO₃晶体的折射性能和非寻常光(e光)离散程度均强于LiTaO₃晶体。     

非对称周期结构中耦合波的传播特性

为了揭示周期结构中纵向波和弯曲波的耦合作用,设计了对称和非对称周期结构。考虑子结构中的纵向和弯曲耦合运动,利用导纳法和传递矩阵法,得到了周期单元的传递方程。由于结构中存在多种波的耦合作用,在求解周期单元的传播系数时将出现变态矩阵,采用波型分组法,求得了周期结构中多种波型的传播系数。推导了半无限长和有限长周期结构在纵向力、横向力和弯矩作用下的动态响应。数值计算结果表明,对称周期结构中纵向波和弯曲波的带隙结构相互独立;非对称周期结构中纵向波和弯曲波的耦合明显改变了两种波的带隙结构,只有在两种波阻带重叠的频段内结构上的振动响应才存在衰减。     

Symmetry Transformations and Exact Solutions of a Generalized Hyperelastic Rod Equation

In this paper, a nonlinear wave equation with variable coefficients is studied, interestingly, this equation can be used to describe the travelling waves propagating along the circular rod composed of a general compressible hyperelastic material with variable cross-sections and variable material densities. With the aid of Lou’s direct method1, the nonlinear wave equation with variable coefficients is reduced and two sets of symmetry transformations and exact solutions of the nonlinear wave equation are obtained. The corresponding numerical examples of exact solutions are presented by using different coefficients. Particularly, while the variable coefficients are taken as some special constants, the nonlinear wave equation with variable coefficients reduces to the one with constant coefficients, which can be used to describe the propagation of the travelling waves in general cylindrical rods composed of generally hyperelastic materials. Using the same method to solve the nonlinear wave equation, the validity and rationality of this method are verified.     

基于精确描述的超声散射声场的建立

从超声波在连续介质中的传播特性出发,在建立声波在均匀介质中传播的波动方程的基础上,对声波在非均匀介质中传播的问题进行了研究。利用格林函数,建立了关于精确散射场和全场的波动方程。为了便于利用计算机等处理器对方程进行求解,将矩量法引入到方程的离散化问题中,从而为波动方程的求解提供了理论基础。试验验证结果表明：基于离散化的散射场方程和全场动方程,在一定对比度的条件下,采用迭代方法能够实现超声散射层析成像。     

Anomalous propagation of elastic waves through a boundary between liquid and magnetoacoustic material

We consider a longitudinal acoustic wave incident onto a plane boundary between a liquid and a magnetoacoustic medium representing an antiferromagnetic material with anisotropy of the easy plane type, occurring in the vicinity of an orientational phase transition with respect to magnetic field. The directions of propagation and the amplitudes of reflected and transmitted longitudinal and transverse waves are determined. The possibility of an effective field control for the refraction angle and the wave type transformation is demonstrated. Beginning with a certain critical angle of incidence, the longitudinal and, eventually, the transverse waves in the magnetic medium become inhomogeneous and slide along the interface. If the magnetic material is sufficiently close to the phase transition point, the waves can be reirradiated into the liquid medium.