伪谱法模拟各向异性/非均匀介质中弹性波的传播

数值模拟一直是研究弹性波在复杂介质中传播问题的有效手段之一。各向异性问题和非均匀问题日益引起关注。伪谱法是近年来发展较快、建立在弹性波动方程基础上的一种数值模拟方法。它的主要特征是将波动方程中的空间微分变换成频域中的乘法运算 ,从而只需要较少的空间格点就可以得到较高的计算精度。介绍了伪谱法及其稳定性条件 ;编制了一个适合于小型工作站或者PC机的模拟地震波在二维各向异性均匀 /非均匀介质中传播的数值模拟程序 ,模拟了各向异性 /非均匀介质中弹性波传播理论 ,分析了裂纹以及各向异性界面对波传播的影响     

间接边界元法模拟含裂纹介质中弹性波的传播

介绍了间接边界元法的基本理论,利用二维弹性动力边界积分方程解决了地震波在含裂纹介质中的散射问题。编写了地震波在二维非均匀介质中传播的数值模拟程序,模拟了爆炸点源在含裂纹介质中的传播情况,分析了裂纹的分布及填充物对波传播的影响。结果表明,边界元法是研究含裂纹介质中弹性波传播的有效工具。     

海洋内孤立波时空仿真分析

目前对于内波传播有很多研究方法,虽然总结了很多内波传播的特性,但很少对内波传播特性全面的总结,因此,从内波KDV方程出发,利用椭圆函数展开进行求解,结合垂向模态函数对内波水下结构进行仿真,同时对内波水平流与垂直流在空间与时间上的分布进行分析,总结了内孤立波传播特性,为内波系统的研究提供理论基础。     

饱和多孔热弹性体自由表面p波的反射

利用建立的饱和多孔介质中热弹性波的弥散方程,研究了平面p波在自由界面上的反射问题,获得反射系数的表达式。通过算例分析了饱和多孔弹性介质的热膨胀系数对p1波传播速度的影响,进而考虑界面透水与不透水两种工况,讨论了不同频率、入射角和表面排水条件对各反射波幅值的影响特性。结果表明:热物性参数对波的传播有一定的影响,频率、入射角和表面排水条件对两类压缩波、剪切波和热波的反射幅值的影响较大。     

槽头式野战管线水击波速计算方法研究

按照弹性水击理论,管线内发生水力瞬变时,其水击波速取决于管子的弹性、流体的可压缩性和管子受约束的情况。对于给定的输送介质,焊接式固定输油管线的水击波速是一个常数。而槽头式野战管线采用连接器连接,胶圈密封,这种特殊的连接方式改变了管子整体的弹性摸量,从而使水击波速的常规计算方法不再适用。本文研究了野战管线连接器连接方式时水击波速的影响,实验研究了在受到约束时,橡胶的弹性模量随所受压力的变化而变化的规律,推导出野战管线水击波速平均计算方法,推导的公式表明:与焊接式固定管线不同,野战管线的水击波速随管线内压力的增大而增大。     

凝灰岩介质中爆破地震波传播的数值模拟研究

在核电站附近实施爆破开挖的一个重要问题就是控制爆破地震波的危害影响。研究爆破地震波在岩石中传播的规律和特征可为确定爆破方法和参数提供依据。本文在实测研究的基础上建立了数值计算模型,编制了有限元计算程序,对深孔爆破在凝灰岩介质中引起的地震波传播过程进行了数值模拟。计算中仅考虑弹性区域,爆破波对岩石介质的作用经粉碎区、破裂区衰减后成为输入荷载。计算结果与实测结果基本相符。说明该模型及方法可用于计算凝在     

饱和多孔热弹体界面SV波反射的松弛效应

在Biot波动理论及饱和多孔热弹性波动理论基础上,引入三个松弛因子,建立了广义饱和多孔热弹性波动理论。通过对SV波在界面上的反射问题进行分析,得到了p1、p2、T及S波反射系数表达式,并利用算例对比分析了基于广义饱和多孔热弹性波动理论(G-TE)与L-S、G-L热弹性波动理论的SV波界面上反射系数的差异,讨论了松弛因子对反射系数的影响。结果表明:G-TE理论、L-S理论、G-L理论模型对p1、p2、S波反射幅值计算结果有较大的影响,且影响规律各不相同。松弛因子对p2波的影响较大,对p1波和S波的影响较小。     

基于两种海底介质的地震波传播特性研究

为了解不同海底介质下浅海海底地震波的传播机理,首先从理论上分析了海底地震波的存在条件及其波动成分;然后求解了海底地震波的质点位移分布和运动轨迹。结果表明:硬质海底条件下,海底地震波的波动成分有Scholte波和简正波,具有频散现象,同时存在低频截止现象,并且Scholte波的截止频率比简正波低;软质海底条件下,海底地震波的波动成分只有Scholte波;两种海底条件下海底地震波的振动质点都沿椭圆轨道运动。     

线性高分子链的传动——波动方程及其解

考虑了近邻链节转动间的关联,指出链上的转动将以波的形式传播,给出了转动－波动方程及其解,给出了相应的配分函数及热力学量。     

B4C/Al复合板中应力波行为分析（Ⅰ）

依据7.62mm穿甲燃烧弹与B4C,Al板的物理和力学特性,提出弹、板的力学模型;在此基础上,给出弹板碰撞后B4C/Al复合板的弹性动力学方程,建立应力波的传播模型,讨论了应力波传播时复合板的力学行为,最后确定了复合板承受的初始冲击应力。理论分析表明：一维应变条件的B4C和Al板的弹性极限高于一维应力条件下的值;弹、板间的作用力服从指数衰减规律;B4C板的初始应力高于430MPa时,应力波的作用使Al板在卸载过程中发生反向屈服。     

Analysis of the stress wave and rarefaction wave produced by hypervelocity impact of sphere onto thin plate

Shock wave is emitted into the plate and sphere when a sphere hypervelocity impacts onto a thin plate. The fragmentation and phase change of the material caused by the propagation and unloading of shock wave could result in the formation of debris cloud eventually. Propagation models are deduced based on one-dimensional shock wave theory and the geometry of sphere, which uses elliptic equations (corresponding to ellipsoid equations in physical space) to describe the propagation of shock wave and the rarefaction wave. The “Effective thickness” is defined as the critical plate thickness that ensures the rarefaction wave overtake the shock wave at the back of the sphere. The “Effective thickness” is directly related to the form of the debris cloud. The relation of the “Effective thickness” and the “Optimum thickness” is also discussed. The impacts of Al spheres onto Al plates are simulated within SPH to verify the propagation models and associated theories. The results show that the wave fronts predicted by the propagation models are closer to the simulation result at higher impact velocity. The curvatures of the wave fronts decrease with the increase of impact velocities. The predicted “Effective thickness” is consistent with the simulation results. The analysis about the shock wave propagation and unloading in this paper can provide a new sight and inspiration for the quantitative study of hypervelocity impact and space debris protection.     

海水中电磁波传播特性的研究

利用电磁场传播所满足的Maxwell方程组,计算和分析出电磁波在导电媒质中传播时的特征;并以海水为例,得出一些有意义的结论,为海水中通信、信号探测、引信研究等方面工作提供理论依据.     

元胞法模拟非线性弹性层合材料中的应力波

元胞法 (MethodofCell)是在有效刚度理论的基础上发展起来的新方法 ,可以用来构造具有周期性结构单元的材料的本构 ,也可以用来模拟应力波在材料中的传播问题 ,尤其是具有分层结构的材料。本文中给出两种常见的初值条件 ,并利用该方法模拟了非线性弹性材料的动态响应 ,研究了波在该层合材料中的振荡现象     

平面光波导的数值传递函数方法

把数值传递函数方法应用于对平面光波导的分析。本方法从光波导的标量变分关系出发 ,通过状态方程对问题求解计算。文中引入了传递函数无穷单元的概念 ,使得本方法在处理近截止区域的问题时更加合理 ,计算量更小。文后给出了本文方法的应用和算例 ,与多种方法进行了比较 ,表明本文方法在处理折射率均匀分布和渐变分布波导时都有着特有的优势。     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性

根据时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)法的基本原理,分析了等离子体的物理场特性及数值计算,介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。     

X射线脉冲星的波形及其对光子接收的影响

建立了X射线脉冲星的X射线传播模型,在狭义相对论框架下研究了X射线脉冲星的波形及其对光子接收的影响。计算表明:脉冲星发出的X射线位于螺旋形的波带内,波带各处的厚度不同;波带上各同相点与脉冲星的距离不相等,不同倾角处的探测器接收到的脉冲的时长不相同。     

超声导波在管道中传播的可视化模拟研究

利用有限元方法建立管道导波3-D模型,通过在管道中激励纵向超声波,模拟导波在管道中的传播形态。根据回波信号的传播时间计算了纵波传播速度,与频散曲线得到的纵波速度符合较好。从观测点取得的波信号能够反映超声波在管道中传播时存在的反射和衰减现象,动画结果能够形象直观地反映导波在管道中传播的情形,实现了导波传播的可视化模拟。该研究有利于更好地解释导波在管道无损检测中出现的频散特征。     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性研究

根据时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)的基本原理,本文首先分析了等离子体的物理场特性及数值计算,然后介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,最后通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。