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.     

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。     

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。     

缺陷岩体中弹性波传播的多次散射效应分析

弹性波在岩体中传播时与岩体缺陷相互作用形成复杂的传播图案。为研究缺陷对弹性波多次散射作用的影响,建立了双椭圆缺陷模型,基于Green函数基本解,采用边界积分的计算方法,得到了反映缺陷界面条件的刚度矩阵,分析了弹性波在双椭圆缺陷间的多次散射效应。结果表明：与单椭圆缺陷模型相比,双缺陷的相互作用使得弹性波频散和衰减效应增强,定量给出了缺陷的影响区域,从而明确了多次散射效应的尺度界限。进一步探讨了弹性波传播的多尺度效应,结果表明频散的Rayleigh峰、Mie峰和衰减的峰值频率同椭圆长轴和入射波波长两个尺度密切相关,存在明确的定量关系。相应的数值模拟结果表明,弹性波和缺陷相互作用在缺陷界面上诱发界面波,该界面波也存在频率相关性,影响了弹性波宏观传播的频散和衰减特征。     

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。     

加层半空间硬币形(Penny—Shaped)交界裂纹的弹性波散射——远场散射波导分析

本文研究了加层半空间硬币形交界裂纹的弹性波散射。文中采用Hankel积分变换,将散射问题转化为求解对偶积分方程,进而变换为奇异积分方程组.应用积分变换,围道积分技术和渐近分析方法,得到了弹性层中散射位移场的远场模式,理论分析表明弹性层中的散射位移场主要由RayLeigh-Like-Mode波组成,该波是弹性层中的散射波导.最后,给出两组弹性常数组合情形下的数值结果及讨论.     

弹性波绕任意形状界面孔的散射

求解了弹性波绕任意形状界面孔的散射问题．通过入射波、反射波或折射波及孔的散射波场的叠加,得到了界面孔在SH波绕射下的总波场．总波场波函数的级数项待定系数可采用边界配点法来确定,该法不受边界正交性的限制,能够适用于任意形状的边界．最后,对界面椭圆孔进行了实例计算,得到了椭圆孔边的动应力集中系数．     

层状介质中多个非共面Griffith裂纹的弹性波散射问题研究

本文利用积分变换的方法,研究了层状介质中多个非共面Griffith裂纹的弹性波散射问题,导出了当入射波分别为P(SV)波及SH波时的散射对偶积分方程,并以双覆盖层半空间中的双裂纹为例,对反平面剪切波的散射场进行了求解和较为详尽的分析。最后通过数值计算,得到了许多有关的动力学特性曲线,从而揭示了层状介质中多裂纹弹性波散射问题中的某些内在规律。     

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。     

小内力平板弹性波散射问题的摄动方法

基于平板小挠度弯曲波动方程,采用摄动方法具有纵向内力作用下的平板开孔弹性波的散射问题进行了研究,得么了传播稳态波时此种平板弯曲波动问题的分析解,分析了均匀纵向内力对弹性波散射结果的影响,作为算例,本文给出了平板圆形开孔的动应力集中系数的数值结果,并对计算结果进行了讨论。     

层状介质中多个非共面硬币形裂纹弹性波散射问题研究

本文在[1]的基础上,利用 Hankel 积分变换,进一步研究了层状介质中多个非共面硬币形裂纹的弹性波散射问题。从所得结果来看,虽然层状介质中多个非共面硬币形裂纹的弹性波散射问题在形式上与多个非共面穿透形裂纹问题[1]有惊人的相似之处,但两者之间有着质的差异。     

基于弹性波散射对二维障碍物边界的识别

给出了二维障碍物弹性波散射场的一种近似积分形式 ,基于 Fourier变换法建立了均匀障碍物特征函数与其远场散射振幅中形状因子的关系式 ,最后就基体为锌 ,对圆形和椭圆形截面铁夹杂进行了计算机模拟 ,结果表明该反演方法对定量无损检测技术具有应用价值。     

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.     

含非完好界面粒子增强复合材料对弹性波的散射

采用波函数展开的方法研究了非完好界面条件下圆球形夹杂对弹性波的散射。以非完好界面的弹簧模型为基础，通过适当选取弹簧常数，研究了法向和切向界面参数对纵波和横波不同的散射效果。考虑了单个圆球夹杂的散射和颗粒增强复合材料中弹性波的多重散射，研究了复合材料中的有效波速和动态有效弹性常数。并针对金属基颗粒增强复合材料SiC-Al...     

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     

各向异性介质的弹性波散射问题的边界元方法

本文引用加权残数法建立了各向异性介质内含任意形式异质夹杂时的散射问题的边界积分方程式,导出了相应的辐射条件,计算了内含圆柱体,椭圆柱体、界面裂纹情形下对SH 波的散射位移场、应力场以及散射横截面.数值结果表明本方法用于解答各向异性介质的弹性波散射问题具有良好的精度和应用前景.     

薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射

研究了薄膜涂层材料中币形界面裂纹的弹性波散射问题,建立了含有币形界面裂纹的覆层半空间模型,采用Hankel积分变换,将裂纹对弹性波散射的问题转化为求解矩阵形式的奇异积分方程。结合渐近分析和围道积分技术得到积分方程的解,进一步推导了散射波的应力场和位移场,以及动应力强度因子的理论计算公式。在数值算例中,分析了不同材料组合和裂纹尺寸情况下动应力强度因子与入射波频率的关系,并给出了裂纹张开位移的结果。为薄膜涂层材料的动态破坏分析提供了一定的理论基础。     

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。     

非均匀介质散射问题的体积分方程数值解法

将非均匀介质视为某一均匀背景介质中的扰动，可建立用均匀背景介质格林函数作基本解的体积分方程．给出了配置法求解体积分方程的数值方法，首先解得扰动域内各点以速度扰动为权的波场函数，然后回代计算得到观测面上各接收点的散射波场．与边界元法和Ｂｏｒｎ近似法计算结果比较表明该方法具有很高的精度，可得到穿过非