空心圆柱体中的周向超声导波

通过理论分析及数值计算研究空心圆柱体中周向导波的传播及频散特性,确定影响空心圆柱体中周向导波传播与频散的几何形状因素;对比不同形状空心圆柱体同相应板的导波频散特性,找出其中的关系;其结果是:在低频段,利用第2个周向导波模态作为薄壁空心圆柱体纵向缺陷无损检测较适合。

周向超声导波在薄壁管道中的传播研究

本文研究了薄壁管道内周向导波的传播及其频散特性,并且通过对比薄壁板与薄壁管道内的导波,找出了一个比较简便研究周向导波的方法,并通过实验验证了周向导波的频散现象以及激励模态与斜探头楔型角的关系,并且认定在管道中可以激励出单一的周向导波模态.

正交各向异性空心圆柱体中的周向超声导波

周向导波适于大直径管道纵向缺陷的超声无损检测。基于三维弹性理论,采用一种正交多项式法研究正交各向异性无限长管道中的周向导波。为验证方法的正确性与适用性,首先计算了各向同性和横观各向同性管道中的周向导波并与已有数据相比较。其次,计算了单向复合材料中不同纤维增强强度下的频散曲线,论证了纤维增强强度变化对于频散曲线的影响。最后,求解了不同径厚比下正交各向异性管道的周向导波的频散曲线,论述了径厚比的变化对频散曲线的影响。

周向导波在空心圆柱体中传播的数值模拟研究

在石油、化工、食品和城市供水等行业,由于腐蚀等原因而引起泄漏事故,造成巨大的经济损失和资源浪费。因此,能够预先检测到管道缺陷避免事故发生显得十分重要。基于弹性动力学理论,利用Matlab编程实现周向导波在空心圆柱体中传播的数值模拟。利用特征函数展开法计算出周向导波的频散曲线及0.6MHz和1MHz各个模态的时域波形图并据此分析激励方式同周向导波传播的关系,频率为1MHz或0.6MHz时,1和2模态在空心圆柱壳中传播的周向导波中处于主导地位:各模态的径向或周向位移幅度会受到激励入射角的影响而变化并且周向导波的位移幅度随着激励入射角的增加而增加:得到特定频率下,周向导波各模态径向、周向位移的变化关系。本文结果为进一步利用实验方法研究周向导波在空心圆柱体中传播特性和缺陷检测奠定了基础。

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。

压电空心圆柱中波的传播

应用三维压电弹性体轴对称模型对压电空心圆柱中波的传播进行了研究,发现在圆柱中是否具有压电性质会对波的传播带来显著的差异,当波长趋向于零时,在压电圆柱中拟P波的波速渐进趋向于横观各向同性弹性体的准P波波速,而非压电圆柱中拟P波的波速渐进趋向于一维杆模型中的P波波速;在压电圆柱中拟SV波存在驻波现象,圆柱中的SH波同电场无关,所以在压电圆柱和非压电圆柱中SH波具有相同的频散曲线。应用积分变换方法将圆柱的控制方程同其侧边界条件相结合,得到了一组动力学方程,针对具体的侧边界条件,得到相对应的波导条件和频散方程,在此基础上通过数值计算模拟了圆柱受到端部应力脉冲激励后的瞬态响应,同时讨论了空心圆柱的半径比对轴向波传播的影响。

层间光滑接触的双层厚壁圆筒中周向导波

通过对双层厚壁圆筒周向导波的频散现象的研究,以及与单层圆筒周向导波特性的比较,发现周向导波在双层厚壁圆筒中传播时,会发生明显的频散现象和模态干涉现象,其第1阶模态在高频时接近于无频散R ay le igh面波。在其高阶模态上,层间效应被弱化,因此,应将层间界面裂纹无损检测的频率激发范围,集中于低阶模态频率上。研究发现,第2阶模态,具有在层间界面上集中能量的特点,因此,可用于层间界面裂纹的周向导波无损检测技术中。

圆管中SH周向导波的频散特性

研究了圆管中的SH周向导波的传播特性。采用柱坐标系,从纳维运动方程开始推导,得到了SH导波沿周向传播、轴向振动的频散方程。以内外半径之比分别为0.3,0.5和0.7为例,通过数值计算得到了硬铝材料圆筒的频散曲线。结果表明其高阶模式比低阶模式频散显著,故在实际检测中宜选用低阶的SH导波。

周向导波在不同连续性条件多层圆筒中的传播

通过对多层厚壁圆筒中周向导波频散曲线研究,发现周向导波在多层圆筒中传播时,会发生明显的频散现象和模态干涉现象,第1阶模态在高频时接近于无频散的Rayleigh面波。通过对不同连续性条件的多层筒与单层筒的频散曲线比较,以及筒的层数对频散曲线的影响,都充分说明了检测层间界面缺陷的周向导波应该集中在低阶模态上。最后对不同连续性条件多层筒的位移研究,最终推断出第2阶模态具有在层间界面附近集中能量的特征,可应用于层间界面缺陷的周向导波无损检测技术中。

考察多层圆筒界面层对周向导波传播的影响

首次对界面层存在时周向导波在多层圆筒中传播问题进行理论推导,并对理论结果进行相应的数值计算。结果表明:频散现象和模态干涉现象在多层圆筒中传播时也同样出现;通过与理想的固结连接和理想的光滑连接类比发现,界面层存在时,对频散曲线和合成位移都有明显的影响,这与界面材料的Lamé常数和界面层的厚度有关。因此,工程上要根据实际需要的理想边界状况,选用合适的材料作为界面层。

光滑接触的双层复合圆筒中的周向导波

研究层间光滑接触条件下,双层复合圆筒中周向导波的传播。通过对双层复合圆筒周向导波的频散现象的研究,以及与同种材料的双层、单层圆筒周向导波特性的比较,发现周向导波在双层复合圆筒中传播时,会发生明显的频散现象和模态干涉现象,降低了材料的无量纲频率,并且其第一阶模态,在高频时接近于无频散Rayleigh面波。在其高阶模态上,层间效应被弱化,因此,应将层间界面裂纹无损检测的频率激发范围,集中于低阶模态频率上。研究发现,第二阶模态具有在层间界面上集中能量的特点,因此,可用于层间界面裂纹的周向导波无损检测技术中。

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PZT-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。

检测双层固接复合圆筒界面特性的周向导波

通过对层间界面固接的双层复合圆筒中周向导波频散现象的研究,以及与单层筒和层间界面光滑接触的双层复合圆筒频散曲线的比较,发现周向导波在双层复合圆筒中传播时,会发生明显的频散现象,其第一阶模态,在高频时接近于无频散Rayleigh面波。通过对比研究发现,第二阶模态具有在层间界面附近集中能量的特征,可用于层间界面缺陷的周向导波无损检测技术中。该方法可以用来研究确定激励频率的合理范围。

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。

多层厚壁空心圆筒界面缺陷无损检测周向导波研究

为了检测圆筒结构层间界面缺陷,该文推导了多层厚壁空心圆筒中周向导波传播的解析方程。通过计算机编程研究了周向导波在多层厚壁中心圆筒中传播的频散现象和合成位移。与单层圆筒周向导波频散曲线比较发现:周向导波在多层厚壁中心圆筒中传播时,会发生明显的频散现象和模态干涉现象;第一阶模态在高频时接近于无频散的Rayleigh面波;第二阶模态具有在层间界面附近集中能量的特征,可用于层间界面缺陷的周向导波无损检测技术中;随着波数的增加,最大合成位移逐渐由内壁向外壁移动;当能量集中在界面处时,可选用该文方法提出的频率区间作为无损检测的频率激发范围。

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。

任意梯度分布圆柱壳的周向导波频散分析

利用半解析方法分析了周向导波在任意梯度分布圆柱壳的频散特性.在假设材料参数沿圆柱壳径向按任意梯度变化的基础上,应用带状单元法,将功能梯度壳分成若干子层.对于细分子层可认为其材料参数为常值,并以此构造带状单元,获得导波在圆柱壳中周向传播时的特征值问题,通过求解该特征值问题,得到了导波的频散特性.最后通过算例讨论了材料参数沿径向按余弦函数分布时,不同梯度参数及内外径比对导波频散特性的影响.