大延伸非均匀介质中地震波全弹性散射理论Ⅰ--弹性波单次散射理论

所描述的工作聚焦于大延伸非均匀介质中非均匀弹性地震波散射问题的研究.应用Born近似及等效源原理,推出了来自连续横向无界非均匀层的弹性散射波的通解.这一工作是解决大延伸非均匀介质的弹性地震波多次散射问题的基础.在上述通解的基础上,建立了适用于大延伸非均匀介质的全弹性散射理论.该理论可包容小尺度非均匀体、大延伸非均匀介质全弹性波单次弱散射理论及标量波单次弱散射理论,因此可视其为一个更为广义和统一的弱散射理论.     

大延伸非均匀介质中地震波全弹性散射理论II-弹性波多次散射理论

推出大延伸非均匀连续介质的弹性波能量传输表达式,并以此为基础建立并发展了相应的弹性动力学能量传递理论.构造了一个基于非均匀薄层或非均匀相屏单次散射迭代法的多次散射模型.该模型既适用于弱散射,也适用于强散驰 既适用于普通散射,也适用于转换散射;尽管高频情况下只考虑普通散射及前向散射.应用该模型计算了弹性多次散射的能通量,处理了散射衰减问题。数值实验的结果表明,短周期地震图上的尾波主要来源于S波散射。     

大延伸非均匀介质中地震波全弹性散射理论Ⅱ——弹性波多次散射理论

推出大延伸非均匀连续介质的弹性波能量传输表达式,并以此为基础建立并发展了相应的弹性动力学能量传递理论.构造了一个基于非均匀薄层或非均匀相屏单次散射迭代法的多次散射模型.该模型既适用于弱散射,也适用于强散射;既适用于普通散射,也适用于转换散射;尽管高频情况下只考虑普通散射及前向散射.应用该模型计算了弹性多次散射的能通量,处理了散射衰减问题.数值实验的结果表明,短周期地震图上的尾波主要来源于S波散射.     

弹性波传播理论一些问题的研究现状和展望

本文简要地阐述了弹性波传播的一些基本理论,如位移势,表现定理及特征线理论等,并评述了两个领域内的问题。一为无限介质,半无限介质及层状介质中波的传播问题,重点在于地震波传播问题的解法。另一个领域为弹性波的绕射和散射。这一问题在动断裂、无损探伤及地震学中有重要的应用。评迷的重点是解题方法。 对本学科将来的发展也作了展望。认为反问题,随机波理论和在新技术领域中的应用是发展方向。在不少工程领域中的应用将越来越多地不能局限在弹性波范围内     

覆水饱和双相介质圆弧场地P波激励下散射问题的理论解

采用波函数展开法对平面P波入射复杂水域地形的空间变异性地震动场进行研究,该水域地形具有覆水层、饱和双相介质、场地非平坦以及第二类分层(场地跨越分层界面)等属性.首先,依据地震波反射和透射特性推导直角坐标系下的自由波场分布;然后,根据场地属性并引入大圆弧法分析极坐标系下的含有待定系数的散射波场;进而,结合土-水分界面和饱和土层分界面边界条件,求解散射波场中的待定系数;最后,通过自由波场和散射波场得到覆水饱和双相介质圆弧场地波函数理论解.基于理论解,通过算例验证了理论推导的合理性及可靠性,分析了地表位移在不同入射条件下的差异性.结果 表明,相对于均匀介质,饱和双相介质会显著影响地表位移分布.此外,入射波频率和角度对地震地面运动特性也有较大的影响.     

弹性波散射与多重散射的T矩阵方法

研究弹性波散射与多重散射的T矩阵方法。首先,基于Helmholtz体内和体外公式推导了对应于圆柱型散射体的T矩阵元素的具体表达式;接着分析了在含多个随机分布圆柱型散射体的随机非均匀介质中弹性波的多重散射并给出在统计平均意义下的相干波的定义以及波速和衰减系数计算公式;最后,针对Ge/Al、Sic/Al复合材料用Matlab进行了编程和数值计算;计算单个柱型散射体的散射截面以及随机非均匀介质中相干波的速度和衰减系数,分析了这种介质的频散特性。     

非均匀损伤介质中波传播的数值解

对弹性波在非均匀损伤介质中的传播理论进行了研究。通过将非均匀损伤区域离散成分层均匀的区域,结合相邻区域交界面处的连续条件,推导出了以右行波、左行波为状态向量的波动方程和传递矩阵。对几种非均匀损伤介质中波的传播进行了实例数值计算,并和其解析解的结果进行了比较,讨论了弹性波在非均匀损伤介质中传播的一般性质。     

径向非均匀介质中圆形夹杂的动应力分析

基于复变函数理论,研究了径向非均匀弹性介质中均匀圆夹杂对弹性波的散射问题. 介质的非均匀性体现在介质密度沿着径向按幂函数形式变化且剪切模量是常数. 利用坐标变换法将变系数的非均匀波动方程转为标准亥姆霍兹(Helmholtz) 方程. 在复坐标系下求得非均匀基体和均匀夹杂同时存在的位移和应力表达式. 通过具体算例分析了圆夹杂周边的动应力集中系数(DSCF). 结果表明:基体与夹杂的波数比和剪切模量比,基体的参考波数和非均匀参数对动应力集中有较大的影响.      

双介质耦合刚性基弹性层平面应变型导波模式及界面散射能量分配

过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁路基设计的关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.文章将轨下基础简化为上表面自由、底端固定的刚性基弹性层,将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,建立双介质耦合刚性基弹性层平面应变模型,优化该类波导结构频散方程在复平面求根方法,并结合岩土类介质特征展开刚性基弹性层频散分析,以明确其多模式导波特性及散射能量分配,最后,围绕弹性层厚度、刚度比等影响因素开展对比分析.结果表明:刚性基弹性层各模式导波均具有截止频率,弹性层厚度越小,杨氏模量越大,各阶导波模式的截止频率越高;入射波在双介质刚性基弹性层发生散射后,透射场基阶模式导波会占据主体能量,随着高阶导波模式被逐一激发,反射场及透射场高阶模式能量占比会在全频率范围呈现“此消彼长”状态;交换两侧弹性层材料,改变弹性层厚度及两弹性层刚度比不会显著改变能量分布规律,但总体来看,能量更易集中在较软侧弹性层中,各模式导波在激发初始频段会更为活跃,可分配到更多能量.     

基于积分方程方法的弹性波多重散射计算

运用积分方程方法计算了含多个随机分布椭圆柱型孔洞的随机非均匀介质中相干波的速度和衰减系数,分析了这种介质的频散特性。首先,建立了散射位移场满足的积分方程,推导了单个椭圆柱孔洞的散射截面计算公式。接着分析了在含多个随机分布椭圆柱型孔洞的随机非均匀介质中弹性波的多重散射,给出在统计平均意义下的相干波的波速和衰减系数计算公式。然后用Matlab进行了编程,给出了一个数值算例,并将计算结果与波函数展开法进行了比较,分析了随机空隙介质的频散特征及其孔洞椭圆偏心率和材料空隙率的影响。     

关于弹性波近代发展的概述

本文给出了关于弹性波近代发展的概述。其中以较多篇幅介绍了波的散射问题。此外,还涉及到波在不同介质中传播及非线性弹性波传播的问题。本文最后介绍了在解决弹性波传播问题中所采用的各种方法。     

横观各向同性热弹性多孔介质板的精化理论

研究了孔隙水压力作用下横观各向同性热弹性多孔介质板的精化理论。在不做任何预先假设的情况下,利用Lur’e方法和横观各向同性热弹性多孔介质的通解,得到了横观各向同性热弹性多孔介质板的精化理论。首先,根据调和函数的sin算子函数表达式,得到了用5个二维待定函数表示的位移场和应力场;其次,在非齐次边界条件下,利用基本的数学算法,得到了在孔隙水压力载荷作用下热弹性多孔介质板的精化方程;最后,通过舍弃高阶项,得到了位移场和应力场的近似解。     

舰船海底地震波形成机理的理论分析

航行舰船是一个很大的振动和噪声源,其振动和噪声引起的压力波经由流体介质传播到海底,引起海底岩层振动,产生弹性波并向远处传播,这种航行舰船在海底引起的弹性波称为舰船海底地震波。舰船海底地震波可用于识别舰船目标,作为水中武器的目标探测信号。基于波动理论,得到了舰船引起海底地震波的波动方程和有限元数值计算模型。利用该模型,对二维半无限空间层状海洋环境在水压场和极低频点声源作用下的海底地震波信号进行了数值模拟,得到了远场海底表面处加速度和水压的时域频域信号。结果表明,在二维半无限空间层状海洋环境条件下,舰船远场海底地震波主要由舰船极低频的噪声辐射引起,主要频率范围在1-7Hz。     

非均匀吸收介质中地震波的广义传播矩阵解法

本文在复频域内,通过应用混合变量粘弹性波方程和线性常微分方程组的指数矩阵解法,给出了一种计算非均匀吸收介质中地震波传播的广义传播矩阵解法。该方法适用于各种粘弹性模型,可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波,数值结果表明具有很高的计算精度。     

非局部广义热弹性理论下半导体微结构中波的反射研究

论文基于非局部热弹性理论,研究了纳米半导体介质中波的反射问题。首先建立了在耦合的非局部弹性理论,波型热传导理论和等离子扩散理论下问题的控制方程;然后运用谐波法,得到耗散方程的解以及反射系数率的解析表达式;最后通过数值计算给出了硅纳米结构中相速度、群速度随非局部参数的变化,讨论了非局部参数、热电耦合参数以及热弹性耦合参数对反射系数率的影响。     

圆弧形沉积场地对平面瑞利波散射的解析分析

分别采用Biot饱和多孔介质动力学理论和单相介质弹性动力学理论模拟层状沉积谷场地和 周围场地，利用波函数展开法，得出了层状饱和沉积场地对Rayleigh波散射的解析解．进 行参量分析，研究了无量纲入射波频率、层状沉积层排列顺序及相对刚度和厚度等因素对 Rayleigh波散射效应的影响.     

非均匀介质弹性波动方程的不规则网格有限差分方法

从弹性波动方程出发，提出了一种新的空间不规则网格有限差分方法，并用于求解非均匀各向异性介质中的弹性波正演问题。这种方法简单易行，对于复杂几何结构，例如低速层、套管井和非平面界面等，在较细的不规则网格上进行离散，计算时间和占用内存更少。与多重网格差分方法相比，该方法不需要粗、细网格之间的插值，所有网格差分计算在同一次空间迭代中完成。具有复杂几何交界面的模型计算，包括地下透镜体、套管井眼等，在确定弹性常数和密度后，用不规则网格的差分方法更易实现。该方法使用了Higdon吸收边界条件解决人工边界反射问题，引入了新的稳定性条件和网格频散条件，很好地消除了非物理散射波。理论模型的效值计算表明，该方法具有良好的稳定性和计算精度，在模拟非均匀介质弹性波传播时，比相同精度的规则网格有限差分方法计算速度更快。该方法易于推广到非结构网格和三维问题中。     

半空间弹性波双参数强非线性逆散射

半空间弹性波强散射源逆问题是一个实用而又难度很大的强非线性问题,而经典的Born迭代方法只适用于弱非线性问题．基于DBI方法（Distorted-Born Iterative方法）,提出了一种求解弹性波强非线性逆散射问题的迭代方法．在数值模拟运算时利用矩量法进行离散处理,并采用正则化原则避免求解病态矩阵方程。计算结果表明该方法具有较快的收敛速度及较高的精度。     

SH波入射时垂直半空间中双相介质界面附近圆孔的动力分析

利用复变函数和Green函数法研究了垂直半空间中双相介质界面附近圆孔对SH波的散射与动应力集中问题。该问题的解答采用镜像法,首先构造出含有圆孔的直角平面区域出平面问题的Green函数,然后利用契合技术,并根据界面处位移连续性条件将解答归结为具有弱奇异性的第一类Fredholm积分方程组的求解,结合散射波的衰减特性,直接离散该方程组,把积分方程组转化为线性代数方程组可得到该问题的数值结果。最后,通过算例分析了圆孔的动应力集中情况。结果表明,与全空间中界面附近圆孔对SH波的散射相比,由于垂直半空间自由边界的存在,孔边动应力集中系数明显增大;另外,入射波由硬介质(波速大)进入到软介质(波速小)时,与均匀介质相比,孔边动应力集中更显著,最不利的参数组合,孔边动应力集中系数几乎提高了一倍,入射波由软介质进入到硬介质时,情况相反。     

弹性力学广义平面应力的精化理论

从Papkovich-Neuber通解出发，导出了弹性力学广义平面应力问题的精化理论控制方程．若取零阶近似表示，方程即为通常弹性力学平面应力问题的平衡方程．对略去h^2及以上高阶项的八阶方程给出了通解．