脉冲源反演介质参数的近似波前法

在时域内对弹性波动方程退化的非均匀介质声波方程，引入背景场参数与扰动参数，并化为积分方程形式；针对脉冲源情况，根据射线理论中的传递方程和程函方程，对非均匀介质中的波场形式引入一种波前近似形式，得到波散射点满足散射关系曲线及散射波幅值与介质参数扰动比的代数关系方程式；为求解非均匀介质中散射波场及反演介质参数提供了一种方法，通过对一个完整算例全部过程的模拟，验证了此方法的正确性。     

指数梯度半无限介质中波的传播

为了解无限介质中波的传播特性,研究特殊速度梯度的半无限非均匀介质中声波的传播。基于点源声波特殊性,给出适当边界条件,并对波动方程进行Laplace变换后变量分离处理,通过对Bessel方程求解获得速度势函数的积分表达式。该方法可为大气层中声波、电磁波传播及地震波研究提供参考。     

具有非均匀损伤带状区域中波的传播

对弹性波在二次曲线变化的非均匀损伤介质中的传播理论进行了研究。通过非均匀损伤区两端界面处力的平衡条件和位移连续性条件对方程式进行求解，利用勒让德多项式，求出了二次曲线变化的非均匀损伤介质中波动方程的解析形式解。对带状渐增和渐减的非均匀损伤介质中波的传播进行了实例计算分析，讨论了弹性波在二次曲线变化的非均匀损伤介质中传播的一般性质。     

超声逆散射成像问题中正则化参数研究

研究了二维理想情况下,基于精确场描述的超声逆散射成像问题,先用矩量法将波动方程化为离散形式,分别用BI和DBI算法进行迭代重建。影响整个算法的一个关键因素是散射场方程的正则化求解,具有明显的不适定性。文章基于L曲线法,提出以解的范数和残差变化量的加权形式作为确定正则化参数的依据,在迭代过程根据问题不适定性程度,自适应地调整搜索范围。仿真结果表明,该算法可快速地找到最优正则化参数。     

超声层析成像的迭代重建

利用变形Born迭代方法,建立了超声衍射重建算法。在迭代过程中,为了解决超声逆散射问题中的非线性性,需要反复地求解前向散射方程和逆散射方程,以达到全场和未知函数的近似,较好地重建物体内部的断层图象。由于逆散射方程是一个不适定性的方程组,要用正则化方法处理方程的不适定性问题,使迭代方法收敛于问题的真实解,才能成功地应用于较高对比度物体的图象重建问题。用Picard准则对不适定问题进行了分析,给出了通过简单图形．确定模型受噪声污染情况以及正则化方法适用范围的方法。在重建实验中。对建立的图像重建算法进行了实验仿真。达到了较好的效果。     

饱和两相介质近场波动问题的一种时域全显式数值计算方法

基于u-p形式的饱和两相介质弹性波动方程,开展了饱和两相介质近场波动问题时域显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量矩阵和孔隙流体压缩矩阵进行对角化处理,消除了方程中的动力耦联,实现了波动方程的解耦。分别应用中心差分法和Newmark常平均加速度法求解固相位移和速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,推导得到了饱和两相介质动力响应的时域显式逐步积分的计算列式,建立了饱和两相介质近场波动问题的一种新的时域全显式数值计算方法。进行了该文方法中矩阵对角化合理性的验证。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该文建立的时域数值计算方法与透射人工边界方法相结合,应用于饱和两相介质的近场波动问题,进行了饱和土场地地震响应的计算研究,计算结果符合弹性波动理论的基本规律,表明该方法对于饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的适用性。基于该方法中时域递推计算格式的传递矩阵,进行了该方法稳定性特性的研究。该文建立的数值计算方法具有时域全显式算法的基本特征。方法中对动力响应的全部分量均采用递推和迭代的模式进行求解,避免了求解耦联的动力方程组。该方法具有较高的计算效率,...     

微极饱和土波动分析中的变分原理

主要给出饱和多孔微极介质波动方程变分所对应的泛函表达式和有限元离散化方程。首先对u-U形式的饱和多孔微极介质波动方程和边界条件进行Laplace 变换,形成力学中的非齐次边值问题,然后构造变分后满足波动方程和边界条件的泛函,最后将有限元插值形式代入泛函表达式得到单元体的有限元离散方程。此方程对微极饱和多孔介质的动力固结问题数值分析具有重要意义。     

基于拓展单位分解有限元法分析声波在多域场内的响应

基于拓展单位分解有限元方法，将平面波函数和贝塞尔函数作为基函数进行拓展。将亥姆霍兹方程离散，求解时不变情况下多域场内声波的响应，并分析基函数对求解精度的影响。将波动方程的时间导数利用二阶中心差分方法离散，得到方程的隐式表达式，划分时间步迭代求解时变情况下声波在多域场内的响应，分析迭代时间间隔对计算精度的影响，与典型算例的精确解进行比较，验证精确性。结果表明，平面波函数作为拓展基函数，利用二阶中心差分法离散时间导数，分析时不变以及时变情况下多域场内高波数声波的响应问题，具有较高的计算精度和计算效率。     

基于多重有限体积法解决含有耗散项的双曲扩散问题

双曲扩散方程在数学上是一类重要的偏微分方程,在众多工程领域中有着广泛的应用.其常用于描述声波和电势场中电流的传播问题,也用于模拟计算流体力学中的对流扩散以及热传导模型.本文研究了一类具有耗散项的双曲扩散方程,并通过数值方法对其初边值问题进行求解.针对已有的有限体积法在求解该问题时精度无法提高的问题,本文基于变限积分的方法提出了新的高精度有限体积格式,并利用Fourier分析法得到其离散格式无条件稳定的结论,最后利用数值实验证实了理论分析结果.     

声子晶体的研究进展及应用前景

声子晶体是近10年来提出的一类概念、声学材料,这种周期性结构所具有的声波带隙特性可以认为具有某种过滤效应,即当多种频率的振动或声波通过此类晶体时,由于布拉格散射,便会分裂为导带和禁带,处于禁带频率范围内的振动或声波将被禁止在晶体中传播,而处于导带频率范围内的振动或声波则能顺利通过声子晶体。通过求解声波在晶体中的波动方程可以设计所需要的声子禁带和导带。文中对声子晶体的概念和基本特征、研究进展、理论方法、潜在应用等方面进行了阐述,并对声子晶体的研究工作进行了展望。     

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。     

介质扰动对声波的调制效应-参量接收阵及其他

文章从Lighthill方程出发,对介质扰动产生声传播非线性效应的国内、外研究情况进行了综述性介绍,重点介绍声波在被声场中同时存在的另一声波所扰动的介质中传播而产生的所谓“声散射声”现象,特别是由此而衍生的参量接收阵的理论、试验以及应用情况。绝大多数关于参量接收阵的理论和实验研究,都是着眼于其在小的径向(垂直于声传播方向)孔径条件下实现低频窄波束接收的特性,但这篇文章主要关注利用参量接收阵实现低频高增益接收的理论和试验研究;除重点介绍了国内、外的试验情况外,还特别关注将参量接收阵进行工程应用时面临的关键技术难点以及可能的解决思路。此外,文章还针对另一种介质扰动对声传播的调制效应,即“流散射声”,以及国外与此有关的工程应用、特别是苏联进行的号称超远程探潜应用进行了介绍和分析。     

温度对水饱和孔隙介质压缩波速度的影响

温度作用使孔隙介质密度、弹性模量等参数发生改变,从而影响声波传播性质。文章基于变形体能量守恒定律,考虑热机耦合和两相介质热耦合,推导水饱和孔隙介质的热传导方程;考虑孔隙水和固相孔隙介质存在的三种耦合性,基于热作用下应力应变关系分析,建立了热机耦合声波传播模型;设计温度变化沉积物样品声学测量实验,当温度由2℃增加到27℃时,压缩波速度平均增大88m·s^-1运用热机耦合声波传播模型解释了实验测量结果的上升趋势,获得理论计算值与测量值相对偏差范围为-3．03％～1．19％。     

Formulation and validation of Berenger's PML absorbing boundary forthe FDTD simulation of acoustic scattering

Berenger's perfectly matched layer (PML) absorbing boundary condition for electromagnetic (EM) waves is derived to absorb 2-D and 3-D acoustic waves in finite difference time domain (FDTD) simulation of acoustic wave propagation and scattering. A PML medium suitable for acoustic waves is constructed. Plane wave propagation in the PML medium is solved for both 2-D and 3-D cases and explicit FDTD boundary conditions are derived. The equations show that a matched PML medium is a perfect simulation of free space in that a plane wave does not change its direction of propagation or its speed when it propagates from free space into a matched PML medium. FDTD simulation of a pulsed point source propagating in two dimensions is carried out to test the performance of the PML boundary for acoustic waves. Results show that an eight layer PML boundary condition reduces the reflected error 40 dB over Mur's second order boundary condition     

非线性声波方程的几种解法对比

在医学诊疗领域及微、介观损伤的无损检测行业中,经常需要对介质的材料非线性系数进行表征,以得到局部区域更加精细的力学性能变化.文章在简述各向同性固体和理想流体介质中的非线性声波方程的基础上,证实了它们具有相同的形式,这表明它们的解也应具有相同的形式和性质.介绍了求解非线性声波方程的五种方法,包括有限差分、有限元、摄动法、...     

Acoustic scattering by a circular semi-transparent conical surface

The scattering of a plane acoustic wave by a circular semi-transparent conical surface with impedance-type boundary conditions is studied. The analytic solution is constructed on the basis of the incomplete separation of variables and the reduction of the problem to a functional difference equation of the second order. Although the latter is equivalent to a Carleman boundary-value problem for analytic vectors, the solution is studied by means of the direct reduction method, that is, converting the functional difference equations to a Fredholm-type integral equation. Its unique solvability is then studied and the expression for the scattering amplitude of the spherical wave from the vertex is discussed. Some numerical results for axial incidence are also presented.     

Investigation of the propagation of an ultrasound pulse in a dispersed fractal medium

Results are presented of an experimental determination of the fractal parameters of crushed sand particles. Results of measurements of the propagation of an acoustic pulse through a mass of sand having various degrees of dispersion are used to determine the fractional exponent in the dependence of the propagation velocity on the ultrasound wavelength. A wave equation in fractional derivatives is proposed to describe the propagation of ultrasonic waves in a dispersed medium. Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 25, 14–18 (June 12, 1999)     

Ferroelectrically active acoustic wave propagation

The ferroelectrically active acoustic wave equation including electrostriction effects is derived from nonlinear constitutive equations of stress and electric displacement for ferroelectric materials exhibiting significant electrostrictive strain. Electrically controllable acoustic wave propagation is predicted by solving the equation as a function of various acoustic variables, e.g., wave excitation, polarization, dc bias, etc. As examples, the elastic, piezoelectric, and ferroelectric acoustic waves and the electromechanical coupling factors are computed as a function of wave propagation in the [100]-[010] plane of BaTiO3 under thickness excitation mode.