超声在流体和一般各向异性固体界面上的反射

考虑到由流体斜入射到各向异性固体时超声波模式转换的一般情况,给出了超声在流体和各向异性固体任意取向界面上反射和折射问题的求解方法;超声反射和折射系数是媒质弹性参数、界面取向及入射角的函数.给出了超声在流体和不同对称类晶体及纤维增强复合材料界面上反射、折射的数值解例.     

超声在流体和一般各向异性固体界面上的反射

考虑到由流体斜入射到各向异性固体时超声波模式转换的一般情况，给出了超声在流体和各向异性固体任意取向界面上反射和折射问题的求解方法；超声反射和折射系数是媒质弹性参数、界面取向及入射角的函数。给出了超声在流体和不同对称类晶体及纤维增强复合材料界面上反射、折射的数值解例。     

固体间不同厚度界面层的超声反射

将固体间界面层模拟为固体或流体薄层，本文讨论了界面层对斜入射纵波和横波的反射和透射，测量了垂直入射纵波的反射系统随声波频率的两铜块之间水界面层厚度的变化。理论和实验结果基本符合。     

板状粘接结构中对称和反对称纵波与界面的相互作用

为了激发粘接结构中的导波或界面波,通常需要将声波从两半无限介质同相位或反相位地同时入射多层系统。针对此问题,基于矩阵方法,推导了界面处于理想连接的情况下,对称或反对称纵波从上下半无限空间入射时,三层板状粘接结构中纵、横波的反射与透射系数表达式。分析了入射角度、粘接层厚度以及基体材料等对声波反射(或透射)特性的影响。结果表明,对称或反对称纵波垂直入射时不发生波型转换。粘接结构中声波的反射(或透射)特性与入射角度、频率以及粘接层厚度等参数密切相关。在相同的粘接层厚度(或频率)范围内,随着声波频率(或粘接层厚度)的增加,谐振频率曲线向低频漂移。该方法可作为粘接结构中体波或导波传播特性研究的重要理论基础。     

多孔固体中声波波速的测量

一、引言 Biot指出[1,2],在流体饱和多孔固体中,可以存在三种体声波:对应于骨架与流体同相运动的第一类纵波(快纵波、快波)、切变波和对应于骨架与流体反相运动的第二类纵波(慢纵波、慢波)。在一般的测量中,慢波不易测得,只能测到快纵波和横波。1980年之后,T.J.Plona、R.Chandler等人在一些样品中首先观测到了包括慢波在内的三种体声波及低频条件下的慢纵波,[3,4,5,6,7]。本文介绍了我们建立的测量技术及对熔结玻璃微珠样品、多孔陶瓷样品中三种体波的测试结果,并与Biot理论预期结果进行了比较。 二、测试原理 如图1,将被水完全饱和的多…     

粘滞固体滑移界面层的超声测量

超声纵波与横波分别垂直入射到固体间的Stokes流体滑移界面层时,其反射系数与界面层的特性(包括粘滞系数、体积弹性模量、厚度)或入射波的频率有关.通过对纵横波两种波型各自在粘滞流体界面层的反射特性的讨论,结合两种粘滞性不同的流体界面层试验测量结果,说明了使用纵横波测量滑移界面层粘滞性的不同特点.     

纵波在含有线性粘滞粘接层的粘接结构中的传播

研究了纵波垂直入射上下基体为同种介质且含有线性粘滞粘接层的三层板状粘接结构时声波的反射和透射特性,基于粘接界面的准静态模型(QSM)并结合各向同性线性粘滞体的本构方程,导出了含有粘滞系数和体积弹性模量的纵波反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行对比,研究了准静态模型的适用条件。其次在界面处于不同接触形式(完好连接和粘滞型弱粘接)的情况下,分别讨论了考虑和不考虑界面相对质量对声反射和透射特性的影响。接着分析了粘滞粘接层参数的变化对纵波反射和透射特性的影响。最后在不大于0.1 MHz-mm的较小频厚积范围内简要阐述了如何鉴别界面形式。结果表明,准静态模型适用于较小频厚积的检测;是否考虑界面的相对质量对纵波的反射和透射特性影响不大;在特定的频厚积下,利用纵波的反射或透射系数方法结合准静态模型可有效辨别界面形式。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论参考。     

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。     

应力波遇裂隙的反射和透射

本文采用弹性波在平面界面上反射和透射的分析方法,对平面弹性波斜入射有摩擦平面闭裂隙和纵波入射多条平行闭裂隙的两种情况,讨论了岩体裂隙对应力波传播的影响,结果表明一定范围内的入射角影响波的传播,闭裂隙使阶跃波波幅和上升时间都有改变。     

S波由饱和土入射于弹性土时在界面上的反射与透射

从地震工程实际出发，借助Biot多孔介质中的波动方程，根据各种界面条件导出了S波从饱和土入射于弹性土时在交界面上反射与透射的一般计算公式。作为算例，数值计算分析了S波从饱和土入射于饱和土与弹性土交界面时，饱和土中P1、P2和S波的反射系数以及弹性土中P波、SV射系数与界面排水条件、入射角以及频率之间的关系。结果表明：各种波的反射、透射系数与入射角、入射频率以及界面排水条件有关系。     

测量生物组织声衰减的声辐射压力法装置研制

引言 超声波在生物组织媒质中传播时将产生反射、折射、透射、衍射、散射、衰减和非线性等现象,提取和分析这些互作用的信息可以了解生物组织的自身特性。这是现代生物医学超声工程学基础研究的重要内容[1]。研究和测定这些生物组织超声特性参量,一方面为设计超声诊断显象仪、超声治疗仪、超声加热治癌机、超声手术刀等提供设计参数;另一方面也为发展定性定量的超声诊断和治疗提供鉴别判据。因此对于开发新设备和新的医疗方法均有重要意义[2]。 声衰减是声波在生物媒质中传播时的总的声能量损失,与生物组织结构和特性密切相关。国际上已采用…     

粘性联结的层状固体媒质中兰姆波的传播

在复合材料中 ,当有粘弹体存在时 ,粘弹体的粘性会对波的传播造成一定影响。早期的 Thomson-Haskell矩阵以面波描述板层中的场 ,而面波的幅值在各个方向都是常数 ,因此它们不能描述在一衰减媒质中反射或透射波的衰减。本文中引入体波衰减的模型 ,即 Kelvin- Voigt的粘弹性描述 [1] ,该方法导致了一个复数波数。其实部描述了波的传播 ,而虚部则描述波的衰减。1　基本理论传递矩阵可以描述弹性波在包含任意多层的层状媒质中的传播特性 [2 ] 。1.1　无限弹性固体中的波对图 1所示的计算模型 ,其运动位移方程用矢量形式可表示为 :　　 ρ 2 U …     

快压缩P1波在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量传输特性

基于弹性波在冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,选取了饱和冻土中传播速度最大的快压缩P₁波入射在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量传输问题。根据分界面上的边界条件,推导出了快压缩P₁波从饱和冻土介质入射到弹性基岩分界面上透反射振幅比和能量率的解析表达式。研究了快压缩P₁波入射在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量与入射角度,入射频率,温度(含冰量),孔隙率,胶结参数以及接触参数的关系。研究结果表明：当入射角度为0°时仅存在压缩波,达到临界角后透射P波消失;各种波在达到临界角时出现不同程度的脉冲,其中反射P₁波最为显著;随着胶结参数,孔隙率,接触参数的增大,临界角越早出现;入射频率仅对反射P₂,P₃和S₂波的能量反射率影响较大;当温度和含冰量较低或较高时,均不利于反射S₂波的能量产生。     

大振幅平面声波在多层介质中的传播

本文用逐级近似法就一维情况下分析了大振幅平面声波在多层介质的界面上发生反射和透射的传播特性。在二级近似下计算了精确到二阶小量的二至三个界面各层的反射波和透射波的二次谐波，并推广至几个界面，得到一些规律性的结果。从拉格朗日坐标下的一级近似和二级近似的波动方程式出发，假定声波在多层介质中传播在各个界面仍是连续的，即各层界面的边界条件由界面两侧的压力平衡和质点速度相等来决定，由此求得各层界面在二级近似下的二次谐波的反射波和透射波。计算结果表明，二级近似下的反射波和透射波均由两部分组成，一部分是由一级反…     

粘接结构中垂直入射纵波的准静态模型解

研究了板状粘接结构中垂直入射纵波的准静态模型解。在将粘接界面简化为准静态模型（QSM）的情况下,推导了界面为完好连接且上下基体为同种材料的板状粘接结构中垂直入射纵波的声反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行了比较以阐释准静态模型的适用条件;接着分析了法向刚度系数和界面相对质量的变化对纵波反射和透射特性的影响。结果表明,在特定频率下,随着刚度系数或界面相对质量的增加,纵波的反射和透射系数的幅值分别减小和增大至某一稳定值。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论指导。     

Scholte波波速和孔隙度关系的建立及实验验证

随着声学技术的快速发展,界面波在无损检测及环境参数反演领域的应用越来越广泛,但是目前理论与实践之间还存在一些差距,首先对基于Biot理论的流体饱和多孔介质声传播特性的理论进行了仿真分析,然后运用势函数结合多孔介质固体-流体边界条件建立了两半无限空间流-固界面Scholte波理论模型,最后对这一理论模型进行了实验验证。仿真结果表明:声波频率对各种波速几乎没有影响,但各种波速随孔隙度的变化较大;通过实验验证:Scholte波波速理论值与实际测量值之间的相对误差不超过0.24%。     

基于虚拟介质方法数值模拟应力波穿透水舱

将虚拟介质方法推广到应力波与流固界面的相互作用,基于修正虚拟流体方法(MGFM)思想提出一种适用于流固界面应力波折射问题的界面状态计算法则。以此为基础,用Zwas格式和WENO格式分别离散固体和流体控制方程,数值模拟应力波穿透水舱。数值测试表明:虚拟介质方法推广到模拟流固界面上的应力波时,数值误差具有很好的收敛性;该研究提出的计算法则具有一阶精度。一维数值结果与理论解析解能很好地吻合,验证了用虚拟介质方法模拟应力波在流固界面处反射与透射的可行性。应力波穿透水舱的数值结果表明:虚拟介质方法与任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法得到的数值结果相近;水舱加压后,透射波的强度也相应的增加;不同的水舱压力下,应力波在流固界面处的折射规律相近。该结论对舰船的防护设计有实际意义。     

基于FPGA的可控增益超声检测系统研究

0引言超声无损检测是指利用超声波与工件相互作用,对声波反射、散射和透射进行研究,并进而对其特定应用性进行评价的技术[1][2]。由于超声波不会对人体和被检测器件造成伤害,因此成为无损检测技术的重要方法之一[3]。超声波在不同性质的介质中传播时将发生反射、折射和复杂的波模式转换,使得超声波能量被吸收和散射,而被测材料的不连     

表面微裂纹材料分频效应的实验研究

0引言广义声表面波是指所有在固体近表面传播的声波,因其近表面传播特性,声表面波在材料的表面和近表面性质表征方面具有独特的优势[1]。一方面,由于传播媒质的弹性参数决定了材料表面传播的声表面波特性,利用声传播媒质与周围介质的相互作用关系,发展了各类声表面波传感器[2];另一方面,声表面波脉冲对材料表面和亚表面     

声波在多层介质中传播的四端参数模型应用分析研究

声波在两种介质的交界面透射和反射时 ,借鉴机械四端参数法 ,利用声学边界条件 ,引入了四端参数矩阵 ,建立四端参数模型。通过对四端参数矩阵的分析 ,探讨了在简谐平面波垂直入射的条件下 ,声波在多层介质中的传播特性 ,并推导出声透射系数和声反射系数的一般计算公式。