正交各向异性空心圆柱体中的纵向导波

基于三维线弹性理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了正交各向异性材料中纵向导波的耦合波动方程,并对耦合波动方程进行了数值求解。首先,为确定方法的适用性和准确性,利用Disperse软件求解各向同性空心圆柱体中纵向导波的频散曲线,并将其与勒让德正交多项式展开法求解结果相对比,二者结果完全一致。然后,讨论了勒让德正交多项式截止值对轴对称导波频散曲线收敛性的影响,并从数值计算的角度分析了产生影响的原因。最后,针对碳纤维缠绕的复合材料空心圆柱体,分别求解纵向、扭转和弯曲三种不同模态纵向导波的相速度频散曲线。计算了不同径厚比下的弯曲模态相速度频散曲线,分析径厚比的变化对频散曲线的影响。     

正交各向异性空心圆柱体的周向SH波

基于线性三维弹性理论,得到了正交各向异性管道中位移表示的周向波控制方程.波动方程中的轴向位移独立于其它两个方向.即波的传播可以分解为SH波和类Lamb波.通过贝塞尔函数求得了这个周向SH波频散方程.方程中决定周向SH波特性的弹性常数有两个,一个决定了波的频率,另一个决定了波速.最后分别讨论了两个弹性常数和波数变化对周向SH波位移模式的影响.     

粘弹正交各向异性空心圆柱体周向SH波

基于Kelvin-Voight模型,推导了粘弹正交各向异性空心圆柱体周向SH波控制方程,得出了SH波特性受两个弹性常数与粘性系数的影响。通过第一类和第二类Bessel函数,求出频散方程。计算了四种不同径厚比下的相速度频散曲线和衰减曲线,分析了径厚比的变化对频散和衰减曲线的影响。为了与正交各向异性相比较,计算了粘弹各向同性空心圆柱体中周向SH波,并讨论了两个弹性常数和粘性系数对频散曲线和衰减曲线的影响。     

压电空心圆柱体中的周向SH波

基于三维线性压电弹性理论,采用一种正交多项式级数方法研究了轴向极化、电开路时正交各向异性压电空心圆柱中的周向SH波。把位移和电势展开成勒让德多项式级数,引入点确定的材料常数以解决边界条件,最后把问题的解简化为一个特征值问题。计算了不同径厚比下FZT-4管道周向SH的波频散曲线和电势分布。讨论了压电的影响。     

黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的传播

基于线性三维弹性理论和Kelvin-Voigt模型,采用勒让德正交多项式展开法推导了黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的波动方程,数值求解了波动方程并阐述了相关方程的含义。首先计算了大径厚比下黏弹性管的相速度频散曲线和衰减曲线,并与已发表文献的结果进行了对比,验证了程序的正确性,并进一步计算了低阶纵向导波的位移分布和应力分布曲线,验证了方法的可靠性。然后利用方程的解耦特性,分别求解了不同径厚比、不同黏性常数下纵向模态和扭转模态的频散和衰减曲线,研究了径厚比和黏性常数效应对两种模态的影响。最后针对扭转模态导波,研究了材料相关黏弹性常数对其频散特性和衰减特性的影响。      

具有初应力的多层空心圆柱体中的导波

基于“增量变形力学”理论,研究了轴向初应力和径向初应力对多层空心圆柱体中导波传播特性的影响,应用Legendre多项式方法求解了耦合波动方程,并通过数值算例讨论了该方法的收敛性,分析了初应力对纵向波和扭转波的影响,数值分析结果表明初应力对两者的影响是非常不同的。此外,轴向初应力对频散曲线的影响与径向初应力的影响也非常不同。     

非理想界面正交各向异性层/压电半空间结构中Love波的传播特性

研究了正交各向异性层与压电半空间非理想连接时Love波的传播特性。其中,界面条件由剪切滞后模型表征,正交各向异性层表面机械自由。首先,对压电材料和正交各向异性材料的波动方程进行求解,然后利用界面条件和边界条件推导了显函形式的频散方程,最后进行了数值计算,分析了界面性态、压电材料性能和正交各向异性程度对频散特性的影响。分析结果表明：Love波的传播速度随着界面约束强度的降低而减小;当不理想程度较高时,正交各向异性程度和压电材料性能对Love波的传播速度影响不大。     

正交各向异性层合板壳耦合结构的能量传递特性EI北大核心CSCD

基于薄壳和层合板理论推导了正交各向异性层合板壳平衡微分方程,应用波动刚度矩阵方法求解正交各向异性层合板壳耦合子系统间的能量传递系数,结合模态密度给出耦合处的耦合损耗因子(coupling loss factor, CLF)。通过与已有研究对比环向开敞层合柱壳的频散曲线,验证理论推导的正确性;对层合板和柱壳的模态密度进行对比分析,在环频率以后,随着频率的增大两者趋于一致;分别入射弯曲波、剪切波和纵波,计算表明耦合结构的能量传递系数满足保守耦合系统的能量守恒,满足互易性,且能量总透射系数对铺设方式的敏感度较低;讨论了耦合角度和激励频率对CLF的影响,发现CLF的总和不受耦合角度影响,且随频率增大而逐渐衰减。     

厚梁结构中的导波传播与激励频率选择研究

通过导波在厚梁结构中传播时所表现出的特性,分析导波在厚梁结构中传播的机理。基于Rayleigh-Lamb方程,开发出用于绘制计算Lamb波在各向同性板结构中传播的频散曲线的专业软件。综合考虑在厚梁结构中影响导波激励中心频率选择的各种因素,如：选取适当的导波模式、降低频散效应的影响、增加导波信号的幅值、提高信号时域分辨率和抑制局部对称效应等。基于以上分析优化了激励信号的参数,并提出基于导波的结构健康性监测技术中激励频率选择的标准化流程。     

正交各向异性弹性层/压磁半空间结构中Love波的传播

分析了正交各向异性弹性层/压磁半空间结构中Love波的传播特性,得到了Love波传播时的解析解,基于推导的频散方程,数值分析了正交各向异性层的切割角度对Love波频散关系的影响,结果显示相速度对切割角度有很大的依赖性。     

水下带粘弹性层输油管道中纵向导波的传播特性

采用超声导波法对海底管道进行健康监测和缺陷检测,需要研究导波在深水环境下的海底管道结构中的传播特性。该文采用全局矩阵法计算纵向导波在水下带粘弹性层输油管道中的传播位移和应力,得到频散曲线和个别模态(如α 模态与L(0,4)模态)的波结构。通过对纵向导波频散曲线和波结构的详细分析,阐述了纵向导波在水下带粘弹性层输油管道中的传播规律。这既有益于加深对导波在深水环境下的海底管道结构中传播机理的理解,也可为设计采用纵向导波进行海底输油管道损伤检测系统提供技术支撑。