Lamb波在板端反射的模态转换研究
发布时间：2021-07-20 08:54
水下目标通常为弹性壳体,入射声波激励产生的散射波中会有弹性散射波,也即弹性壳体中弹性波的漏波。弹性平板中的弹性波以各阶不同振动模态的Lamb波传播,而Lamb波在板端反射会出现模态转换。研究Lamb波在板端的模态转换是分析水下弹性板的散射声场空间分布的基础,对分置声呐目标识别和探测具有实际意义。论文由弹性体中的波动方程和不同情况下的边界条件,分别推导了真空中和水下弹性板的Lamb波频散方程,并用“二分法”和“围数积分法”数值求解了相应条件下的Lamb波相速度、群速度和衰减系数的频散曲线;计算分析比较了三种不同弹性板中Lamb波的频散曲线;为在弹性板散射波场中识别出相应模态的漏波提供了基础。基于模态正交理论分析并计算了真空中和水下不同端面弹性板中低阶Lamb在板端的转换效率。用有限元声场计算软件COMSOL,数值计算了水下不同端面弹性板在平面波入射下的散射声场;并对散射声场进行平面波分解,得到散射波场的空间角度谱。而漏波传播方向取决于弹性波的“临界角”,由于弹性板中各阶Lamb波波速不同,相应的临界角不同,所以,由散射波场空间角度谱可以得到相应模态Lamb波的漏波强度。结合能量守恒定律,...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
真空中弹性板的Lamb波解算坐标如图2.1所示，对于真空中弹性板
, ) sin cos( , , ) sin cosyx z t A z B zx z t C z D zφ α α β β = + = + 去传播因子( )xj t k xeω （下文相同），A，B，C，D，α，β 由边界条件确空中板面各应力分量为 0，即：22 222 22 222 2( , , )( , , ) ( , , )2 0( , , ) ( , , ) ( , , )0yzz tz dz dy yxzz dz dx z tx z t x z tT ct x z xx z t x z t x z tTx z x zφ φ φ=±=±=±=± = + = = = 求解式（2-9），可得真空中弹性板的 Lamb 波频散方程为：12 2 22tan( )( )tan( ) 4xxdkd kαββ αβ± = 1 为对称模态的频散方程，-1 为反对称模态的频散方程。下弹性板中的 Lamb 波频散方程
（a） （b）图 2.3 真空中钢板的 Lamb 波频散曲线 水下三种不同材料弹性板中的 Lamb 波频散曲线的计算分析比较水下弹性板中的 Lamb 波频散方程是复数域的超越方程，我们采用‘围数积分法4]进行求解。取表 2.1 材料参数，分别解得水下钢板、铝板、铜板中的 Lamb 波频散曲线，如图 2.6 所示。0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4012345678910Cp/(k·sm1-)钢板相速度频散曲线A0S0A1S1Cg/(k·sm1-)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究[J]. 李淑君,王惠泉,赵文玉,孟文俊,文豪. 机械工程与自动化. 2014(04)
[2]弹性板中Lamb波在板端面的模态转换研究[J]. 孙铁林,孙辉,陈文剑,夏琳琳. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[3]超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究[J]. 郑阳,何存富,周进节,张也弛. 工程力学. 2013(08)
[4]复合材料Lamb波检测中S0单模式信号的提取[J]. 李迎. 无损检测. 2012(08)
[5]铝板中Lamb波检测的实验研究[J]. 陈军,李志浩,林莉,侯云霞,马清杰. 应用声学. 2011(02)
[6]薄板腐蚀缺陷兰姆波成像检测的有限元模拟[J]. 魏运飞,卢超. 测试技术学报. 2010(03)
[7]缩比模型试验中弹性散射波的相似性分析[J]. 陶猛,程钊,范军. 上海交通大学学报. 2009(08)
[8]Lamb波在薄铝板无损评价中的模态识别与应用[J]. 侯云霞,陈军,林莉. 无损检测. 2009(07)
[9]薄板声-超声检测时兰姆波传播模式的有限元模拟[J]. 魏运飞,卢超,张在东. 无损检测. 2009(07)
[10]表面开口矩形缺陷兰姆波散射的边界元模拟[J]. 卢超,程建军,陆铭慧. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2008(02)
博士论文
[1]水下弹性板及柱壳的弹性散射研究[D]. 孙铁林.哈尔滨工程大学 2014
[2]水下角反射体声学标记物反向声散射特性研究[D]. 陈文剑.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]水中覆阻尼层弹性板及柱壳中的漏Lamb波研究[D]. 龚家元.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3292524
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
真空中弹性板的Lamb波解算坐标如图2.1所示，对于真空中弹性板
, ) sin cos( , , ) sin cosyx z t A z B zx z t C z D zφ α α β β = + = + 去传播因子( )xj t k xeω （下文相同），A，B，C，D，α，β 由边界条件确空中板面各应力分量为 0，即：22 222 22 222 2( , , )( , , ) ( , , )2 0( , , ) ( , , ) ( , , )0yzz tz dz dy yxzz dz dx z tx z t x z tT ct x z xx z t x z t x z tTx z x zφ φ φ=±=±=±=± = + = = = 求解式（2-9），可得真空中弹性板的 Lamb 波频散方程为：12 2 22tan( )( )tan( ) 4xxdkd kαββ αβ± = 1 为对称模态的频散方程，-1 为反对称模态的频散方程。下弹性板中的 Lamb 波频散方程
（a） （b）图 2.3 真空中钢板的 Lamb 波频散曲线 水下三种不同材料弹性板中的 Lamb 波频散曲线的计算分析比较水下弹性板中的 Lamb 波频散方程是复数域的超越方程，我们采用‘围数积分法4]进行求解。取表 2.1 材料参数，分别解得水下钢板、铝板、铜板中的 Lamb 波频散曲线，如图 2.6 所示。0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4012345678910Cp/(k·sm1-)钢板相速度频散曲线A0S0A1S1Cg/(k·sm1-)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究[J]. 李淑君,王惠泉,赵文玉,孟文俊,文豪. 机械工程与自动化. 2014(04)
[2]弹性板中Lamb波在板端面的模态转换研究[J]. 孙铁林,孙辉,陈文剑,夏琳琳. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[3]超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究[J]. 郑阳,何存富,周进节,张也弛. 工程力学. 2013(08)
[4]复合材料Lamb波检测中S0单模式信号的提取[J]. 李迎. 无损检测. 2012(08)
[5]铝板中Lamb波检测的实验研究[J]. 陈军,李志浩,林莉,侯云霞,马清杰. 应用声学. 2011(02)
[6]薄板腐蚀缺陷兰姆波成像检测的有限元模拟[J]. 魏运飞,卢超. 测试技术学报. 2010(03)
[7]缩比模型试验中弹性散射波的相似性分析[J]. 陶猛,程钊,范军. 上海交通大学学报. 2009(08)
[8]Lamb波在薄铝板无损评价中的模态识别与应用[J]. 侯云霞,陈军,林莉. 无损检测. 2009(07)
[9]薄板声-超声检测时兰姆波传播模式的有限元模拟[J]. 魏运飞,卢超,张在东. 无损检测. 2009(07)
[10]表面开口矩形缺陷兰姆波散射的边界元模拟[J]. 卢超,程建军,陆铭慧. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2008(02)
博士论文
[1]水下弹性板及柱壳的弹性散射研究[D]. 孙铁林.哈尔滨工程大学 2014
[2]水下角反射体声学标记物反向声散射特性研究[D]. 陈文剑.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]水中覆阻尼层弹性板及柱壳中的漏Lamb波研究[D]. 龚家元.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3292524
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3292524.html
