声弹效应测量螺栓轴向应力的有限元计算分析

为促进超声技术在定量评价螺栓拧紧状态中的有效应用,结合实际检测需求,对基于声弹效应的螺栓轴向应力测量方法构建了合适的有限元模型。使用二维轴对称方式模拟M8×25的螺栓,螺栓头部安放10MHz的超声波探头;有限元计算时,采用具有默纳汉三阶弹性常数的超弹性材料,将结构场与声场进行耦合分析,通过前后两个研究步骤,确定出螺栓在轴向拉伸状态下的超声波形信号;有限元计算结果表征了声传播时间差(ns)、轴向载荷(MPa)间的线性关系,此线性关系随螺栓夹紧长度、螺栓材料的不同而相应地改变;计算表明,对基于声弹效应的轴向应力测量方法而言,线性系数的准确测定非常重要;对有限元计算结果进行深入分析,可知螺栓内部应力状态对于超声传播声时变化存在叠加影响;因螺栓夹紧长度不同会引起声弹效应的较大变化,在实际测量时应对此足够重视。有限元计算结果与解析计算结果、实际试验测试结果对比,结果吻合性良好;所建立的超声法测量螺栓轴向应力的有限元模型,解决了对声弹效应进行数值模拟分析的难题,可为检测方法分析、专用仪器研发提供技术指导。

舱壁和环肋加强的无限长圆柱壳声弹耦合模型及其声特性

基于最一般情况 ,借助线弹性薄壳理论 ,建立了加肋圆柱壳声辐射计算模型 ,分析模型考虑了环肋和舱壁对圆柱壳的径向、切向、纵向作用力以及纵向弯矩 .导出了分析模型的声弹耦合控制方程 ,利用傅氏变换和模态展开给出了辐射声压的计算方法 .通过大量数值计算 ,研究了舱壁、环肋刚度与间距以及结构阻尼等因素对辐射声压的影响 .分析模型与工程实际比较接近 ,有较广的应用范围 .

固体声弹性理论、实验技术及应用研究进展

固体的声弹性对于固体的应力状态超声无损测量具有极其重要的作用.康奈尔大学的鲍亦兴教授曾经总结了1984年以前的固体声弹性理论、实验技术及工程应用方面的研究成果.系统总结了最近20多年来固体声弹性的基本理论、实验技术及其在材料科学、岩土工程等领域应力状态超声无损检测应用方面的研究进展.

纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析

基于线性三维弹性理论和“增量变形力学”理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse®软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A0模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。

基于声弹理论的地应力超声测量方法

首先描述岩石的声弹理论,给出岩石的应力与弹性波波速之间的理论关系;其次利用岩石应力与弹性波波速之间的理论关系提出地应力超声测量方法,即通过测量套孔应力解除前后的孔壁超声波波速的变化,利用声弹理论反演出地应力。通过数值算例讨论地应力对孔壁超声波速的影响,其结果表明,该方法可以有效地确定地应力的大小和方向。

混凝土声弹应力测试技术的新进展

综述近年来国内外声弹理论的最新进展,重点介绍了声弹理论在混凝土工作应力测试方面的相关理论成果,并对混凝土声弹应力测试技术今后的发展提出了看法。

岩石声弹性理论与应用的研究进展

大量岩石实验证明了岩石声弹现象的存在,即岩石的弹性波波速会随着岩石的应力状态的改变而改变,即岩石的声弹性现象.岩石的声弹性现象为地应力无损检测提供了可能.目前许多研究已经分别给出了岩石声弹性的细观和宏观理论,并初步应用到地应力测量方面.为了促进岩石声弹理论的应用,本文总结了岩石声弹性的细观和宏观理论研究及其在地应力测量方面应用研究的进展.

砼声弹应力测试技术研究现状及展望

在收集和整理国内外相关资料的基础上,对砼声弹应力测试技术的研究现状作了比较详尽的阐述,并对今后的发展方向提出了作者的看法.

关于曲管振动声弹耦合程度的研究

讨论３种不同圆心角的两端固支曲管在其平面内的声弹耦合振动及其影响因素。研究了流体固体的刚性比α、截面特性比γ和质量比β等因素对声弹耦合程度的影响以及对系统声弹耦合振动频率的影响。结果表明，α与γ的乘积ζ是影响曲管声弹耦合振动的重要参数。随着ζ的增加，结构振动与流体声波压力脉动由非耦合变为耦合。二者的耦合导致系统特征值迅速下降。

基于声弹效应的芳纶增强环氧复合材料残余应力检测技术研究

生产或加工过程中浸渍、固化工艺或外力等因素有可能使芳纶增强环氧复合绝缘件内部产生残余应力,交接或操作条件下的拉伸或压缩载荷会与残余应力叠加,当所受应力超过绝缘材料的耐受极限时,就会形成微裂纹等损伤,进而引发机械故障或绝缘击穿。该文采用超声纵波反射法对芳纶纤维增强环氧树脂试样标块进行检测,研究了试样所受垂直压应力与试样中超声纵波声速的关系,验证了声弹效应,并对标准试样超声传播方向垂直于应力的纵波声弹性系数进行计算。对比固化工艺条件对芳纶纤维增强环氧复合绝缘材料残余应力的影响规律发现,固化温度和固化时间的改变均会产生不同程度的残余应力。

截面边数和运动速度对水下声弹运动特性的影响

声弹作战效能的好坏很大程度上取决于声弹的运动特性。文中基于FLUENT软件中S-A湍流模型的分离涡仿真(DES)模型,以雷诺数Re=2.5×10^6为例,研究了水下声弹运动的流场特性,并与已知的研究成果进行了对比,确定了DES模型应用在高雷诺数下仿真的准确性。并在此基础上研究了平均阻力系数、升力系数及斯特劳哈尔数受水下声弹表面截面边数和运动速度的影响。研究可知:1)平均升力系数随着运动速度的增大而减小,斯特劳哈尔数随着运动速度的增大而增大;2)当雷诺数相等、截面边数不同时,平均阻力系数随着截面边数的增加而减小,斯特哈尔数随着截面边数的增加而增大;3)正四边形和圆形声弹涡街脱落的频率单一固定,故相比其他结构的声弹,容易引发弹体共振,产生破坏;4)正六边行和正八边形声弹涡街脱落的频率不固定,结构不易产生破坏。文中的研究可为合理设计声弹结构、提高作战效能提供参考。

基于岩石声弹理论的波速-静水围压关系耦合模型

岩石的波速与静水围压的关系研究对于深部地球物质的判定、地壳应力评估等相关研究具有极其重要的意义.目前许多研究者基于静水围压作用下岩石超声波波速实验数据,仅从数学统计上考虑提出了不同的岩石波速-静水围压的关系模型,并且P波和S波的波速-静水围压统计关系互相不耦合.本文基于岩石声弹理论角度出发,给出岩石P波和S波波速-静水围压关系的耦合模型.其次,基于统计关系的非耦合模型和本文提出的耦合模型,对一系列岩石样本的P波和S波超声波波速-静水围压实验数据进行回归分析.最后,本文通过与非耦合模型的统计结果的对比分析,得出耦合模型相对于非耦合模型来说,不仅物理意义明确,而且更具有统计学意义.

频率域声-弹耦合地震波波动方程有限差分方法

本文针对声-弹耦合介质,为尽可能的减少频率域正演模拟的计算内存,提高计算效率,在一阶非均质位移-应力波动方程的基础上,借助等效交错网格思想并充分考虑密度参数空间变化对地震波传播的影响,推导了声-弹耦合地震波波动方程.在流相介质和固相介质中分别采用非均质情况频率域二阶声压标量波、二阶纯位移控制方程,为保证流、固相介质间地震波能量的稳定传输和有效交换,提出了声-弹耦合界面转换过渡层方法,并详细阐述了过渡层与上下介质空间差分具体耦合方法.在与非均质纯位移波动方程正演结果对比分析的基础上,首先采用各向同性单层流相介质模型进行正演模拟验证了声-弹耦合方程数值模拟中过渡层策略的有效性和准确性,随后又数值模拟了地震波在声-弹耦合介质简单模型和复杂Marmousi2模型中的传播,验证了本文方法稳定性和准确性,同时该方法可以简单的推广到三维情况.

弹载声阵列原理及定位算法

为研究声阵列有关理论,解决弹载声阵列定位问题,分析了声阵列定位的本质原理,研究了声阵列定向和定距原理,推导了定距和定向之间的关系,为弹载阵列阵型选择提供了理论依据.指出了声阵列不能精确定距的根本原因,给出了弹载声阵列阵型设计理论,提出了运动声阵列三角定位法.得到了声阵列定距精度与定向精度之间的定性关系.结果表明,平面四方形阵列适合弹载,运动声阵列三角定位法是有效的.

载流曲管声-弹耦合振动高阶模态的稳定性及其能量分布

讨论了载流曲管声－弹耦合振动的高阶模态及其稳定性，研究结果表明系统的耦合振动与流体和结构之间的刚性比α，截面特性比γ及质量比β有直接关系。α和γ的乘积ζ是系统特征值及稳定性的重要影响参数。文中给出了两端固支载流曲管前三阶失稳频率所对应的ζ。为了更好地解释耦合系统的振动特性及稳定性。

液体中激光束对热弹声源影响的研究

由光声热弹性的基本方程出发 ,从理论和实验上研究了液体在激光直接照射下产生超声波时激光束半径对声源的影响 .在二维情况下 ,忽略热扩散效应 ,利用汉克尔积分变换法和最陡下降法 ,求解热扩散方程和波动方程 ,得出了位移的解析表达式 .讨论了激光束半径对声源指向性的影响 ,并用数值计算方法和绘图软件 ,画出激光束半径对声源指向性影响的理论曲线图 .

生物组织光声粘弹显微成像

提出一种反演生物组织粘弹信息的新型无损光声粘弹显微成像方法,它是以强度调制激光作为激发源,通过检测光声(Photoacoustic,PA)信号的相位重建组织粘弹特性分布的成像方法。实验利用不同浓度的琼脂样品来验证光声粘弹显微测量中相位随浓度变化的依赖关系。利用埋有头发丝的琼脂样品来测试这种显微方法的成像分辨率。利用具有不同粘弹性的离体生物组织来验证系统的成像能力。实验结果表明,这种新方法能够高分辨率和高对比度地重建出具有不同粘弹性的生物组织的光声粘弹显微图像,有望实现组织结晶类病变水平的显微在体检测。

基于单元交错网格的变坐标系正演模拟方法在声-弹介质中的应用

海上海底电缆(OBC)数据的广泛应用,使得声-弹介质多分量正演模拟技术逐步发展起来。提出了一种基于单元交错网格的变坐标系正演模拟方法,对比模拟试算得到的数值解与解析解的结果可以看出,与常规节点交错网格相比,单元交错网格在处理声-弹界面时结果更准确;同时,将变坐标系技术引入单元交错网格中,可将起伏声-弹界面映射为水平界面,更好地处理声介质中声压与弹性介质中应力之间的转换,可准确地模拟P波和转换S波。复杂起伏声-弹界面模型的试算证明该方法具有较高的准确性和适用性。

超声法测量螺栓轴向力的测量准确度分析

用超声法测量螺栓轴向力时,测量结果受多因素的复杂关联影响,这导致测量准确度偏低。为实现短螺栓(M8×37)紧固后轴向力值的准确测量,针对超声法测量螺栓轴向力问题进行理论分析,构建测量误差模型;对测量中的若干要素(如温度、探头位置与耦合状态等)进行分离、控制,分两阶段开展试验,研究多要素对测量结果的影响规律,探知可达的测量准确度。分析结果表明:用超声法测量螺栓轴向力时,声时差-轴向力系数对测量结果的准确度影响显著,故应对系数进行准确标定,使之与测量螺栓有效匹配;温度的波动、探头耦合状态的改变,使测量结果准确度降低,此时应采用温度补偿、二次回波分析法将这些因素的不利影响排除;探头摆放位置的不一致将使测量准确度显著降低,但可借助于相关分析方法对测量异常值进行识别与剔除。通过合理有效的测量工艺控制措施,可使超声法得到的螺栓轴向力测量结果具有较高的准确度,满足工程应用需求。

岩石三阶弹性模量的高精度测定研究

基于岩石的声弹理论,通过脉冲回波方法测量双轴加载条件下沿薄板岩样厚度方向传播的超声纵、横波波速变化,来测定岩石的三阶弹性模量。试验结果表明:将横波和纵波传感器放置于岩样中心部位的相对表面上,测量同一地点的纵、横波波速,不仅减弱了双向加载端部效应,而且克服了岩石的非均质性对测量结果的影响。此外,通过脉冲回波方法测量多次回波信号的时间差,来克服耦合剂和测量电路对走时差的影响。该方法可以实现岩石三阶弹性模量的高精度测定,从而为地应力测量声弹法的实现提供技术保障。