透射波法和声波CT在桩基检测中的应用

目的研究声波透射法在混凝土桩基缺陷检测中的声波响应特征,以避免声波透射法桩基检测效果受传感器耦合不佳或噪音干扰等的影响.方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟声波在大直径桩基中传播规律,开展了模拟声波波速与理论波速的对比分析、声学参数的时频域分析,缺陷的介质特性、水平尺寸及竖向尺寸对声波接收信号时频特性的敏感分析,以及声波层析成像反演分析.结果缺陷竖向线性尺寸、材料参数对波速、波幅及主频幅值影响较大,缺陷水平向线性尺寸对波速、波幅及主频幅值影响较小.结论利用ANSYS/LS-DYNA有限元法开展桩身波动问题研究是合理和可行的,建议选用50 k Hz声波进行大直径桩基声波层析成像分析.     

基于声波变密度测井的固井质量综合评价方法

声波变密度测井作为评价固井质量的主要方法,可以提供第一和第二界面的水泥胶结质量状况.通过从变密度波形中提取套管波和地层波幅度(或能量)值,计算第一和第二界面的水泥胶结指数,用于评价第一和第二界面固井质量.由于地层波在传播过程中受影响因素较多,在使用地层波评价第二界面时需要进行衰减校正、干扰校正等常规处理.在此基础上,提出对地层波幅度进行声阻抗差校正,使最终获得的地层波幅度变化主要反映第二界面水泥胶结状况.同时,分析了微间隙在声幅曲线上的特征.实际资料分析取得了良好的效果.     

强驻波声场中脉动速度特性

利用激光多普勒测速仪对管内空气强驻波声场中脉动速度特性进行了测量.实验结果表明:强声场对流场有很强的调制作用,使流场产生了与声波同频率的周期性脉动,且脉动幅度随着声场强度的增加而增大.管内声场强度不大时,实验值与理论值吻合较好;声场强度超过160dB后,出现了声湍流现象,实验测量值与理论计算值之间存在明显的偏差.当管内压力波幅处声场强度达到164 dB时,距离反射板130 mm位置处(sin kx=0.67)湍流脉动速度均方根值为3.50 m/s,达到了该位置处脉动速度幅值的45%,表明强驻波场声湍流脉动非常剧烈.     

岩体爆破累积损伤效应的声波形态变化特征

岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,还明显地引起声波形态特征的变化.文章基于在某地下工程围岩中多次爆破作用下岩体累积损伤效应的声波测试,对声波测试信号中的波形、振幅及波形相关性等信息随爆破次数增加的变化规律进行了分析.结果表明,随着爆破次数的增加,声波波形变得越来越不规则;声波振幅随爆破次数的增加呈明显下降趋势,反映了岩体由于爆破损伤累积、疲劳裂纹扩展引起的声波能量衰减;岩体声波波形相关性随着爆破次数的增加整体上呈下降趋势,相关系数为非线性下降曲线.     

全光学非线性混频技术用于微裂纹检测的实验研究

采用全光学方法检测声波与开合裂纹相互作用后的非线性混频效应,达到检测裂纹位置的目的.激发光与加热光经过声光调制器后分别被调制为高频fH(几十kHz)激发光和低频fL(几Hz)加热光.裂纹会在低频加热光辐照下周期性开合,激发光激发出频率为fH的声波与裂纹相互作用后产生非线性混频信号(fH±fL),由测振仪或光偏转装置接收声信号并送至锁相放大器.实验中辐照在样品上的激发光、加热光和检测光光斑始终重合.随着三束光源逐步靠近裂纹中心,混频信号幅值逐渐增大.当增大到最大值后(三束光源达到裂纹中心区域),混频信号幅值开始逐渐减小(三束光源逐渐远离裂纹区域)最终趋于平缓,此时混频信号消失.光学激发的激发光可以聚焦到很小(约几十微米),所以其具有较高的空间分辨率.研究结果表明,利用非线性光声混频效应来检测裂纹的方法对实际的闭合裂纹的检测灵敏度远高于传统的线性激光超声裂纹检测方法,可为裂纹的光声无损检测提供新的解决思路和技术.     

钻柱中换能器声波信号传输特性实验研究

利用声波通过钻柱传输井下信息,具有得天独厚的信道条件,但是声波在钻柱中的传播特性还没有得到充分的研究,尤其是贴近工程应用的实验研究。依托低频宽带换能器建立了测试声波在钻柱信道中传输的实验装置,基于该装置对换能器声波信号的传输特性进行了实验研究及分析。结果表明:随着换能器激励电压的增大接收信号幅值呈现增大趋势,当电压大于130 V时接收信号幅值趋近饱和。理论和实验分析得到的频域特性均表现出明显的梳状滤波特性;但具体通阻带分布和结构形式存在差异,实际钻柱信道的频域特性更为复杂。由于换能器非线性特性和钻柱信道频带特性共同作用,对于实验用低频宽带换能器,选取3 100 Hz以内频率,并结合正交频分复用编码技术可极大增强声波传输的速率和适用性。     

双驱动热声热机谐振管中声波的传播特性研究

分析了双驱动热声热机谐振管中声波的传播特性,通过分析指出,对于双驱动的热声热机,可以通过改变其反射系数和驱动声源的驱动相位差,进而实现谐振管声场的声压幅值和声场相位的改变.理论研究表明,在|rp|=0.3,相位差为σπ=0.5π时的声压幅值大于σπ=π的声压幅值;而在σπ=0.5π时,声场幅值随反射系数|rp|的增大而增大.实验研究表明,在相位差σπ为常数时,通过改变不同的反射系数值,就可以实现谐振管中声场的调节;在反射系数|rp|为常数时,通过改变谐振管两边驱动声源的驱动电压值,也可以实现声场幅值和相位差的调节.这样就有利于调节结构已经确定的微型热声热机的最佳声场分布,使其达到最优热声转换效率,实现微型双驱动热声制冷机热声制冷效率的最优化.     

钻柱中正弦信号声波传输特性实验研究

充分认识声波信号在钻柱中的传输特性,是实现井下信息远距离传输的基础。为研究声信号在钻柱中的传输特性,建立了钻柱结构声传输实验系统。采用不同尺寸钻杆组成的有限长钻柱进行了传输特性实验研究,同时结合理论分析的结果进行实验分析,对声传输系统的可行性进行了分析研究。研究结果表明:实验分析结果与理论分析结果具有特性描述一致性,随着频率的升高接收信号幅值呈现下降趋势,传输距离增大时信号接收幅值减小,并且这种减小程度随着频率的增大而增大,钻柱结构尺寸差异大则接收信号幅值其随着频率变化的速率小。     

不同温度的水对海洋平台声发射传播特性的影响

针对海洋平台水下钢结构无损检测的需要,研究在空气和不同温度的水作为耦合介质的情况下,声发射波在钢结构传播过程中幅值和能量的变化趋势,以及声发射波幅值和能量损失的原因。基于声发射波反射原理,分析了声发射波在钢结构中传播的多径效应及波形转换特性,并解释了时域波形发生分离的原因。实验结果表明：水为耦合介质时声发射波幅值和能量损失较大;水温对声发射波幅值和能量几乎没有影响。     

声波定向发射技术及其在公安工作中的应用研究

声波定向发射是把音频信号调制在高频（超声频率）载波信号上,再用超声换能器发射出去,实现声波的定向发射,通过空气的非线性声学效应,在传播过程中声波中的音频信号会自解调出来。声波定向发射技术可以应用于防暴工作中,利用高强度的声波定向扬声器,发射一束具有高指向性的声束来驱散群体性事件的人群,而不会对处于定向声束以外的人员造成影响。此外,声波定向发射技术还可以用于现场指挥的信息传递,制造超声波武器等。     

容器形状对液体内声波的影响

在考虑液体介质的黏热性以及非线性的基础上,结合容器形状对液体传声特性的影响,推导并得到了包含容器形状因素在内的一维声传播方程,同时利用频域展开和数值分析方法,探讨了不同形状容器中介质内声场分布.设容器具有轴对称性,其形状有圆柱、锥状和指数形.数值计算结果表明,在同样的声激励条件下,容器形状影响介质内声压幅值大小和分布,而声源位于指数形容器大端时影响更为明显.不同形状的容器中液体内的声波均具有非线性驻波特征.     

声波在弹性管和刚性管交替联结管内流体介质中传播的钳位效应

本文研究了声波在弹性管和刚性管交替联结管内静止流体介质中的传播特性,从理论和试验两方面指出了在交替联结管道内具有声滤波作用的钳位效应的存在,其声级减小与声波频率有关。这种钳位效应是由于声波在刚性管内与在弹性管内流体介质中传播速度不同所致。文中还获得了衡量钳位效应程度的声压透射系数和声强透射系数的计算公式,以及指出可利用钳位效应来降低某一段管内噪声的可能性。     

声波法直埋热水供热管道泄漏检测定位

为快速诊断供热管网泄漏,提升供热管网运行安全,搭建了供热管道泄漏检测与定位的试验台,采用加速度传感器进行声波测量,研究供热管道不同运行压力、温度、泄漏孔径、漏点位置等对供热管道泄漏声波特性与漏点定位的影响。结果表明:供热管道未泄漏时背景噪声能量集中在0~1000Hz,泄漏后的声波能量集中在1200~2400Hz和3200~4000Hz范围。管内压力和泄漏孔径增大后,泄漏声波信号幅值增大,信号能量增强,高频段能量占比增加,漏点定位精度提高;而温度升高后,泄漏声波信号幅值减小,信号能量减弱,低频段能量占比增加,漏点定位精度下降;漏点相对位置对漏点定位精度影响小,带通滤波处理后,漏点定位精度明显提高。     

有限振幅与小振幅平面声波的非线性相互作用研究

本文从理论上分析了频率为f_1的有限振幅声波与频率为f_2的弱声波相互作用时产生的一系列非线性现象。用9.5米长截面为4×4厘米~2的矩形声行波管进行实验观察,实验中强声f_1=980 c/s,SPL_1=130—150dB,弱声f_2=4000 c/s,SPL_2<100dB,其中SPL_1和SPL_2分别为强声与弱声的声压级。得到如下的结果:(1)由于非线性相互作用,弱声讯号的振幅受抑制而减少,其最大抑制值为47dB.(2)当弱声受抑制时产生了以弱声频率,f_2为中心的边带频谱成份,边带的振幅分布是不对称的。(3)观察了边带声振幅随强声级的变化规律。(4)弱声的抑制与边带声滋长之间可以近似构成—能量保守系。本文的实验结果与理论的预言吻合得较好。     

高速列车明线交会压力波特性研究

列车交会压力波是影响列车运行安全性和乘客舒适性的重要因素之一,因此需对压力波特性展开研究。采用计算流体力学方法数值求解雷诺平均N—S方程,对不同时速和线间距下国产新型高速列车会车过程开展三维非定常仿真,得出了压力波以及侧向力的变化规律曲线。结果表明最大压力波幅值出现在尾车等截面与变截面过渡处的鼻尖高度位置。会车过程中,车体将承受两次排斥力和一次吸引力,这将对列车的稳定行驶产生一定的影响。压力波幅值和列车所受的侧向力均随会车速度的增大而增大,随会车线间距的增大而减小。     

非均匀温度分布区中的声波传播有限元模型

非均匀温度分布的空气介质将对声波的传播产生扰动.为了精确描述非均匀介质中的声传播特性,采用有限元法研究了声波的频率、入射角以及非均匀介质的温度分布特性对声传播的影响,着重分析计算了斜入射声波的传播问题,探讨了提高非均匀介质对声波反射系数的方法.仿真结果表明,声波在非均匀温度区中的传播特性主要由介质温度分布参数和声波入射角决定,其反射系数近似为声波穿越非均匀介质长度的周期函数.当入射声波参数和非均匀介质的温度分布特性之间满足一定条件时,声波将在介质界面上发生强烈反射,甚至全反射,这为声波传播路径的有效控制提供了灵活的技术手段.     

钻柱中声传播的影响因素

采用有限差分方法研究钻井液黏滞阻尼、地层阻尼系数及弹性系数、钻杆数量及钻铤的存在对钻柱中通带声波传播特性的影响,分析声波时域及频域分布。结果表明:钻井液黏滞阻尼影响声波在钻柱中传输的时域分布,但对声信号幅值及频域分布影响较小;地层阻尼系数影响大振幅声信号幅值及小振幅声信号分布,地层阻尼系数越大,大振幅声信号振幅略有减小,地层阻尼系数越小,小振幅声信号振动增多,振动杂乱;地层弹性系数影响声信号振动幅值,地层弹性系数越大,声信号幅值越大;钻杆数量影响声波的时域分布,钻杆数量越多,接收到的声信号幅值越小;在不考虑衰减的情况下,钻铤不影响声波的传播特性;钻柱结构对载波频率的选择起主要作用,其他因素及钻柱结构对中继装置的分布有影响。     

黏性对含气泡液体中声波传播的影响

用有效介质理论、在线性近似的基础下研究了含气泡黏性液体中线性声波的传播特性,主要调查声波的衰减系数和相位速度随各种因素的变化规律.在研究中充分考虑到液体的黏性对气泡的振动方程和声波的波动方程的影响.研究发现声波的共振吸收是由气泡的共振引起的,但是要受到气泡间相互作用的影响.这种相互作用不仅导致声波的共振吸收频率和气泡的共振频率之间的差异,还引起共振吸收频率半宽度的增大.在低频非共振吸收区,主要调查了黏性和气体的体积分数对声波传播的影响.此外我们把黏性对声波的影响方式分成两类,即通过气泡的振动方程和通过声波的波动方程.我们分析了两类方式所起的作用,并大致给出某些近似理论成立的条件.     

非线性弹性杆中的孤波解及其数值分析

推导了非线性弹性杆中波动方程的一般形式,采用修正的完全近似法,得到了孤波的渐近解,并对其进行了数值分析,发现了钟状和振荡型两种孤波,理论和数值分析表明,孤波是由材料非线性和杆的横向效应相互作用引起的,其传播速度与波幅有关,波幅越大,坡传播速度越大;波宽与波速的平方根成反比,波速越大,波宽越窄;波宽与表征波的弥散效应的量有关。     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度,给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例,计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减,场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减。