粘弹性薄板中兰姆波传播特性的研究

黏弹性eda介质中地震波的传播特征黏弹性eda介质是一种具有颗粒度的岩性土壤。

它在表征低频地震波传播的多尺度地球物理过程中具有重要的意义。

本文主要介绍了黏弹性eda介质中地震波传播的特性，并分析了对其特性的影响。

首先要了解的是什么是黏弹性eda介质，它是一种由弹性或黏性岩石和粉尘组成的多孔介质。

由于黏弹性eda介质具有高弹性和高黏性，所以它可以影响地震波传播的速度和传播方向。

研究发现，黏弹性eda介质中地震波传播的特性受到介质性质、弹性模量、黏性模量、密度和体积等一系列因素的影响。

特别是，介质性质和弹性模量是影响地震波传播速度的重要参数。

弹性模量表示介质的弹性特性，反映了细致结构的变化，以及介质的变形和振动的行为，因此它决定了地震波传播速度。

黏弹性eda 介质中，由于介质性质不均一性，地震波传播速度也会受到影响。

黏性模量是一项有用的参数，可以反映介质中的熔点特性，它可以影响介质中的温度场、速度场和流量场。

介质的黏性模量越高，介质中的能量转化率就越低，因而地震波传播的速度也会降低。

密度和体积对地震波传播速度也有一定的影响。

密度是描述介质的固有性质，体积是衡量介质的尺寸的参数，介质的密度和体积越大，地震波传播的速度就越快。

综上所述，黏弹性eda介质中地震波传播的特性受到介质性质、弹性模量、黏性模量、密度和体积等一系列因素的影响，介质性质和弹性模量主要影响地震波传播速度，而黏性模量、密度和体积则影响这一速度的变化。

黏弹性eda介质的研究有助于我们更好地理解地震波传播特性，并有助于改善我们对地震波传播的预测和监测。

因此，针对不同类型的多尺度地球物理过程，有必要深入研究黏弹性eda介质中地震波传播的特性，进一步改善多尺度地球物理过程的建模与模拟，以更好地满足地球物理研究的需要。

超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式超声兰姆波是一种在固体材料中传播的一种波动现象。

它是由横向和纵向波动模式所组成的波动，具有很高的频率和较小的波长。

在铝合金薄板中，超声兰姆波的传播模式主要受到材料的力学性质和几何形状的影响。

本文将从超声兰姆波的传播原理、频率和波长、传播路径以及在铝合金薄板中的应用等方面进行探讨。

超声兰姆波的传播原理是基于声波在固体材料中的传播机制。

当超声兰姆波在铝合金薄板中传播时，会产生横向和纵向的振动。

横向波动模式是指波的振动方向与波的传播方向垂直；纵向波动模式是指波的振动方向与波的传播方向平行。

这两种波动模式在铝合金薄板中相互作用，形成了超声兰姆波的传播。

超声兰姆波的频率和波长与铝合金薄板的力学性质和几何形状相关。

频率越高，波长越短，相应的材料的力学性能要求也就越高。

铝合金薄板的厚度、密度、材料弹性模量等参数可以影响超声兰姆波的传播路径和传播速度。

当超声兰姆波遇到材料界面或几何形状的不连续性时，会发生反射、折射和散射现象。

通过对这些现象的研究，可以获取铝合金薄板的力学性质和几何形状等信息。

在铝合金薄板中，超声兰姆波有着广泛的应用。

例如，在无损检测中，可以利用超声兰姆波检测铝合金薄板的内部缺陷，如裂纹、气孔等，并评估其对材料性能的影响。

此外，超声兰姆波还可以用于材料的质量控制和质量评估，如材料强度的测试、薄板的厚度测量等。

此外，超声兰姆波还可以用于材料的成型和加工过程中的实时监测，以优化加工参数和提高产品质量。

为了实现超声兰姆波在铝合金薄板中的传播，需要采用适当的超声探头和传感器。

超声探头通常由压电晶体制成，可以将电能转换为声能和声能转换为电能。

传感器可用于检测超声兰姆波的信号，并将其转换为电信号进行处理和分析。

除了超声探头和传感器外，还需要适当的信号处理和分析设备，以提取和分析超声兰姆波的信息。

总之，超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式是由横向和纵向波动模式组成的一种波动现象。

承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

(保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要基于热弾方程，通过对激光与材料相互作用的温度场和应力场的分析，研究激光作用于铝板表面激发超声波的物理过程。

研究表明，激光激发的超声Lamb波具有不同的模式。

金属板材内部由于疲劳会产生弹性模量的变化。

Lamb波在经过不同的弹性模量部分板材时，接受得到的Lamb相位发生变化。

通过接收得到的Lamb的相位变化可以反演得到板材内部的疲劳程度，达到无损检测的目的。

不同模式下Lamb波对于弹性模量变化的敏感程度不同，反演得到的金属疲劳的情况也不同。

为了研究Lamb波各模式的成像质量，对Lamb波传播特性进行理论计算与仿真成像实验。

研究表明，高阶模式Lamb波的相速度相对于弹性系数的变化比零阶模式的敏感，且高阶模式成像拟合的圆半径与实际半径均方差较小，即成像质量优于零阶模式。

因此，采用高阶模式进行成像分析，其成像质量要远优于当前常用的零阶模式。

关键词：兰姆波，无损检测，相速度，弹性模量，成像质量III ABSTRACTBased on the thermoelastic equation, through the analysis of the temperature field and stress produced by interaction laser and material, research physical process of laser in the surface of the aluminum plate stimulate ultrasonic. Research suggested, laser stimulate different modes of Lamb wave. Due to fatigue of sheet metal, the sheet metal internal will produce the change of elastic modulus. Lamb wave through different modulus of elasticity, the corresponding received Lamb phase will change. Through the received Lamb phase can get the fatigue degree of internal sheet, to achieve the purpose of Nondestructive Testing.Different mode of Lamb wave for the sensitive degree of different elastic modulus change, inversion of metal fatigue is also different. In order to study imaging quality of difference order mode Lamb waves, the propagation of the Lamb wave are studied by theoretical calculation and simulation experiment. It is found that the velocity shift of the high order mode Lamb wave is more sensitive to the variations of elastic coefficients than that of the low mode, and the radius of the Lamb wave is closer to the actual radius, the image quality is better than low modes.Then, high image quality can be obtained by using the high modes of Lamb wave in the analysis of image.Keywords: Lamb wave, nondestructive testing, phase velocity, modulus of elasticity, imaging quality南京航空航天大学硕士学位论文目录第一章绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2研究进展 (2)1.2.1 超声波的研究进展 (2)1.2.2 Lamb波的研究进展 (2)1.2.3 激光超声波的研究进展 (3)1.3主要工作 (4)第二章兰姆波的简介 (6)2.1概念 (6)2.2 兰姆波的激发 (7)2.3 Lamb波的相速度和群速度的概念 (9)第三章Lamb波色散曲线测量 (10)3.1 Lamb波速度测量方法 (10)3.2 频域法原理 (10)3.2.1傅里叶变换与线性叠加原理 (10)3.2.2频域法原理 (11)3.3相干法测量绝对相位原理 (11)3.4 试验结果与分析 (12)第四章兰姆波成像研究 (21)4.1 理论计算 (21)4.1.1 数学模型 (21)4.1.2数值计算 (21)4.2 仿真成像实验 (25)4.3 本章小结 (27)第五章疲劳金属板中超声波的激光激发与检测研究 (28)5.1 理论模型 (28)5.2薄板激发瞬态Lamb波 (30)5.2.1 Lamb波的离散关系 (31)5.2.2实验器件及所得的波形 (34)5.2.3推导与结论 (38)第六章总结与展望 (41)IIIIV 6.1 总结 (41)6.2 研究展望 (41)参考文献 (42)致谢 (45)在校期间的研究成果及发表的论文 (46)南京航空航天大学硕士学位论文图表清单图2.1 固体薄板中LAMB波的计算坐标 (6)图2.2对称模式和反对称模式板中质点振动位移情况 (7)图2.3 梳状换能器 (8)图2.4 楔形换能器 (8)图2.5 斜入射产生LAMB 波 (8)图3.1实验系统框图 (12)图3.2幅度~频率图 (13)图3.3相位~频率图 (13)图3.4时域脉冲响应图 (13)图3.5感应信号幅度～频率图 (14)图3.6 S0模式幅度~频率图 (14)图3.7 S0模式相对相位~频率图 (15)图3.8 S0模式绝对相位~频率图 (15)图3.9 A0模式幅度~频率图 (16)图3.10 A0模式绝对相位~频率图 (16)图3.11 LAMB波频散曲线 (16)图3.12幅度~频率图 (17)图3.13相位~频率图 (17)图3.14时域脉冲响应图 (18)图3.15 S0模式幅度~频率图 (18)图3.16 S0模式绝对相位~频率图 (18)图3.17 A0模式幅度~频率图 (19)图3.18 A0模式绝对相位~频率图 (19)图3.19 LAMB波频散曲线 (19)图4.1 编程流程图 (24)图4.2 不同弹性模量下兰姆波相速度频散曲线 (24)图4.3 弹性模量与相速度的关系 (25)图4.4 A0模式频率与相位变化关系 (26)图4.5 不同模式下拟合成像结果 (26)图5.1 S0、A0模式金属板形变示意图 (32)图5.2 泊松比为0.33的零阶模式色散曲线 (32)图5.3 激光激发及探测LAMB波实验原理 (35)VVI 图5.4零阶模式输出的波形图 (36)图5.5 相位频谱曲线 (37)图5.6 相速度与泊松比的关系图 (39)图5.7相速度与泊松比的关系图 (40)表4.1 不同模式兰姆波在疲劳前后的相速度 (25)表4.2 几种模式下拟合圆半径及与实际半径均方差 (27)表5.1 铝板和金属玻璃的材料参数 (37)南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1研究背景与意义金属板材广泛用于人们的日常生活中，长期使用金属发现，金属材料在进过一定的外力作用不仅表面，材料的内部也会出现一定的损伤。

2010年第24卷第3期测试技术学报V ol.24　N o.3　2010 (总第81期)JOURNAL OF TEST AND MEASUREMENT TECHNOLOGY(Sum N o.81)文章编号:1671-7449(2010)03-0259-06薄板腐蚀缺陷兰姆波成像检测的有限元模拟魏运飞,卢　超(南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063)摘　要:　基于A0模式兰姆波对薄板腐蚀缺陷进行成像检测,在频率一定时,由于腐蚀造成板厚的改变将进一步影响检测兰姆波速度的变化,通过检测兰姆波波速的变化可以对板材腐蚀类缺陷进行监测.根据A0模式兰姆波的频率特征,测量发射探头与接收探头之间的兰姆波走时,结合波的实际传播路径,计算出实际检测兰姆波的速度,采用联合迭代重建技术(SIR T)对走时数据进行群速度图像重建.基于有限元数值方法,采用A0模式兰姆波对薄铝板中的腐蚀类缺陷进行模拟检测,给出了成像检测结果.关键词:　薄板;兰姆波;腐蚀缺陷;有限元模拟;SIRT中图分类号:　T G115.28;O242.21 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1671-7449.2010.03.014Finite Element Modeling of Corrosion Image DetectionUsing Lamb Wave in Thin PlateWEI Yunfei,LU Chao(K ey L ab of N ondest ructiv e T esting,M inistr y of Educa tio n,N anchang Hang ko ng U niver sity,N anchang330063,China)Abstract:　T his paper is on image detection conducted by A0m ode Lamb w ave in thin plate corrosion defect.At a given fr equency,ow ning to the influence of the plate thickness caused by corro sion on the velocity of the Lam b w ave,thin plate corr osion defect can be m onitor ed through the velocity of the Lamb w ave.Due to the disper sive proper ty of the A0mode Lam b w av e,w ith measurement o f tr av el times o f ultrasonic Lamb wave betw een the tr ansmitting and the r eceiving transducers,consideratio n of actual ray paths and calculatio n of the v elo city o f the Lamb w ave,SIRT is applied to the group velocity imaging reco nstructio n for the g iven set of arrival times.Based on Finite Element m ethod,simulation testing is in pro gress under the effects of A0mo de Lamb wav e o n the ero sion/co rrosion in thin aluminum plate and imaging detection results are g iven in details.Key words:thin plate;lamb wav e;co rrosion detectio n;finite elem ent m odeling;SIRT收稿日期:2009-11-29　基金项目:航空科学基金资助项目(2007ZF56013);江西省自然科学基金资助项目(2008GZW009)　作者简介:魏运飞(1984-),男,硕士生,主要从事超声无损检测研究通信作者:卢超(1971-),男,教授,博士,主要从事无损检测及信号处理研究.0　引　言在石油、天然气、化工和石化行业中,许多大型容器和储罐常用来储存带有腐蚀性液体或气体,其内壁极易被腐蚀变薄而影响使用寿命[1].常规的超声波检测法主要是利用超声波的脉冲反射原理来测量管壁受蚀后的厚度,然而在液体或气体不排空的情况下,容器内壁的大部分腐蚀缺陷很难被检测到.因此,需要一种快捷方便的无损检测方法对这种隐藏并无法接触到的腐蚀缺陷进行在役检测.由于兰姆波在板中传播时声场遍及整个壁厚,传播距离较长并且衰减较小,因此兰姆波常用于板状材料的检测.张海燕等[2]利用兰姆波层析成像技术检测了薄板中横穿孔缺陷,采用的是代数重建方法(ART).根据CT理论,ART算法每次迭代只用到一条射线,如果这一条射线投影包含误差,则所得的解也引入了误差[3].兰姆波CT成像中走时的提取不可避免地存在着误差,甚至某条射线投影数据失真.另外,ART算法对速度初值的依赖性很强,兰姆波的频散特性及多模式决定了其速度很不稳定,很难估计出初值.本论文中基于兰姆波成像检测方法检测铝板中板厚变薄的腐蚀类缺陷.以有限元为平台,模拟纵波直探头激发兰姆波,传统兰姆波激发使用的是一定角度的斜探头,斜探头声场具有指向性,在跨孔扫描时需偏移探头,使发射、接收对齐在一条线上,这显然加大了控制难度.重建算法采用的是联合迭代重建技术(SIRT),采用SIRT算法旨在使重建图像对测量误差不敏感.SIRT方法比A RT方法的迭代收敛性好,收敛速度快,对初值的精度要求不高.兰姆波的产生和传播在实际的边界条件下是一个复杂过程,有限元分析方法提供了一种途径.尤其在成像方法研究过程中,有限元的灵活性更为明显.在探头选取、工件类型及缺陷形状等选择方面,建立数学模型后,可以方便地改变各种参数来进一步的研究,或对已有的工艺参数进行优化,进而大大节约了反复实验的成本,有限元模拟能为检测方法的研究和实物实验提供参考依据.也因此被称为是理论和实验之间的桥梁[4].兰姆波可在结构的一点发射,另一点接收,对感兴趣的检测区域沿不同方向扫描,得到多源发射-多源接收的兰姆波投影数据,利用这些不同方向的投影数据可以重建缺陷区域的图像.本文基于有限元模拟的方法,采取一发一收的方式,对发射换能器和接收换能器之间超声波信号进行了研究.根据声波层析成像原理,求解方程,通过离散化处理,寻求声波射线与对应慢度群速度的倒数的关系,建立数学模型,然后采用代数重建方法求解,实现了铝板中腐蚀缺陷的定量无损评价.1　兰姆波的传播特性及模式选择兰姆波是在激励声波波长与板厚尺寸为相同数量级时,由横波和纵波于固体声波导中合成的特殊形式的应力波.板表面自由态边界条件兰姆波频率特征方程为 对称模式4p q tan f dc pq+(p2-1)2tanf dc pp=0,(1a) 反对称模式(p2-1)tan f dc p q+4p q tanf dc p p=0,(1b)式中:p=[(c pc s)2-1]1/2;q=[(c pc l)2-1]1/2,c l=6260m/s,c s=3080m/s;c p为兰姆波相速度;c l和c s分别为板纵波和横波的传播速度;d为板厚;f为兰姆波频率.在本论文中采用的点源激发,提取速度的变化作为特征量.采用低频纵波直探头垂直激发A0模式,通过测量走时得到兰姆波的群速度.由于兰姆波本身的频散特性决定A0模式的传播速度在固定频率情况下,受板厚影响较大.从而由腐蚀变薄的缺陷能够通过速度的变化反应.A0模式的选择:兰姆波存在着多种模式,对称模式(S0,S1,S2,…)和非对称模式(A0,A1,A2,…). 260测试技术学报2010年第3期表1　探头频率0.5M Hz ,铝板板厚与A 0模式群速度的理论计算值T ab .1　T he relation ship betw een the alum inum thick nes s and th e group velocity ,w hen the trans ducer frequen cy is 0.5M Hz 板厚/mm 群速度/m ・s -1板厚/mm 群速度/m ・s -10.21772.48730.72678.26520.32077.65530.82761.86660.42291.87460.92832.39010.52453.0140 1.02885.35920.62583.4659通过求解兰姆波特征方程,得到频厚积与群速度的对应关系如图1所示.图2中A 0模式群速度随着频厚积的增大逐渐增大,当换能器的频率固定时,群速度的变化能反映板厚的变化,可把群速度作为检测腐蚀板厚变化的特征值[5-6].表1为频率0.5M Hz 时,铝板厚度与群速度的对应值,从表中理论计算可知,板厚细微变化都会导致群速度的较大变化.基于此,本论文选择激发低频脉冲信号并提取的是A 0模式.图1　铝板群速度频散曲线Fig .1　Dispersion curves of g roup velocityin thin aluminu m p late图2　A 0模式群速度频散曲线Fig .2　Th e dispersion relation ofA 0m od e w ave2　腐蚀缺陷成像方法2.1　层析成像方法将板的成像区域均匀地布上网格,探头采用一发一收,并按跨孔扫描方式,如图3所示,从网格上端和左侧发射,下端和右侧接收.探头发射的Lamb 波从各个网格中经过,根据各网格lam b 波速度值成像.即当铝板无缺陷,各个网格中的速度基本相同,当存在缺陷,缺陷处网格中的速度不同于无缺陷处的速度,据此成像.如图3所示.图3　跨孔扫描原理图Fig .3　Schem atic of cross hole s canning从接收探头所接收的信号中提取Lamb 波走时T i ,根据方程T i =∑nj =1Lij*S j ,(2)式中:L ij 为第i 条射线在第j 个网格中实际长度;S j 为第j 个网格的慢度,即速度的倒数;T i 为第i 条射261(总第81期)薄板腐蚀缺陷兰姆波成像检测的有限元模拟(魏运飞等)线的走时[7-8].T i -tt i =∑nj =1Lij*(S j -ss j ),(3)式中:tt i 为无缺陷时计算的理论走时;T i 为实测走时;ss j 为无缺陷时理论慢度(速度的倒数),即最终求解的方程T 1 T i T m=L 11…L ij …L 1n L i 1…L ij …L in L m 1…L mj…L mn* S 1 S j S n.(4)M 条射线,n 个网格.求解此方程,将 S 的值按m *n 赋予各网格,取倒数得速度矩阵,即可成像[9].2.2　L ij 的求解L ij 的求解.每个网格中,各条射线实际走的长度.检测板厚发生改变的缺陷应用直线模型,假设Lamb 波沿直线传播,忽略介质的不均匀性对声场的影响.具体思路:1)以网格左下角为原点,建立坐标轴;各网格点坐标和探头位置坐标已知.2)根据发射和接收探头的坐标,可建立该射线的直线方程,求出直线与各网线的交点.此时,取y =0,1,…,14,求x ,可得15个点;取x =0,1,…,14,求y ,可得15个点(有重点).取y 值为[0　14]有效,并按从大到小降序排列.3)求解后一点与前一个点距离,并将距离放到所在网格中.2.3　联合迭代重建技术求解方程ART 算法每次迭代只用到一条射线,迭代求解时易引入了误差.兰姆波CT 成像中走时的提取不可避免地存在着误差.另外,ART 算法对速度初值的依赖性很强,兰姆波的频散特性及多模式决定了其速度随频厚积变化,很难估计出初值.基于此,这里采用地震CT 原理中的联合迭代重建技术(SIRT )求解方程.此方程组为m 个方程n 个未知数,随m 和n 值不同,超定或欠定方程组,另外,L 矩阵中存在大量的零值,即此方程组为严重病态方程组.采用联合迭代重建技术(SIRT ),在每轮迭代过程中,用式(5)将全部数据的误差依次对没一个单元网格进行修正Sk +1j^=S k j ^+u∑mi =1Lij[(t i -t k i^)/∑nj =1L ij ]∑mi =1Lij,(5)式中:u 为松弛因子,在求慢度平均值Sk +1j^时,利用前一轮的近似值S k j ^修正单元网格的慢度.式中右侧第二项为通过j 单元网格所有测线的修改量的加权平均.由式(5)可见,SIRT 算法中每个像素的校正值是通过该像素的所有射线和的误差值之累加,而不是只与一条射线有关.这是SIRT 算法能有效地抑制测量数据中噪声的根本原因.由于每一像素的校正值是所有通过该像素的射线的共同贡献,因此,一些随机误差就被平均掉了[10].3　有限元模拟1)模型的建立.用A BAQU S /Explicit 瞬态动力分析进行板中超声波传播的数值模拟,材料:铝,杨氏模量E =75GPa,泊松比 =0.33,密度!=2800kg /m 3,模型长50mm ,宽50mm ,厚1m m,人工262测试技术学报2010年第3期图4　激励信号及频谱Fig .4　W avefor m of excitation signal an d frequency s pectrum腐蚀缺陷长8m m ,宽6m m ,深0.5mm .网格类型采用C 3D 4单元.步进时间0.05∀s(采样频率20M Hz).探头频率0.5MHz,在无腐蚀缺陷的表面垂直施加瞬时压力模拟入射纵波.低频纵波直探头垂直激发时,理论上兰姆波应该存在S 0和A 0模式,经二维傅里叶模式识别鉴定,S 0模式能量很小,可不予考虑[11].在此频厚积下,A 0模式的群速度的理论值为2.885km /s (见表1).上端边界布置发射探头,下端布置接收探头,探头步长2.2mm ,左端和上端各边14个发射位置,下端和右端各14个接收位置,共采集14*14组信号.2)激励信号.采用通过高斯函数调制的正弦信号.信号函数f (t )=e -(t -#2)2/ 2 sin(2 f t)0<t ≥#,0t >#,(6)式中:#为信号的脉冲时间,脉冲取三个周期,信号如图4所示.本文在模拟时,采用0.5M Hz 频率信号,其信号频谱如图4所示.图5　探头接收的兰姆波信号Fig .5　Received s ignal ofL amb w aves图6　有腐蚀缺陷的铝板的A 0模式走时Fig .6　T ravel time of A 0m ode Lam b w ave with the erosion/corrosion in th in alu minum plate3)接收数据.由于在各边14个收发位置,以上端为发射位置,下端为接收位置,共可采集14×14图7　兰姆波腐蚀缺陷成像检测效果Fig .7　T he recons truction res ults of corrosion image Detection us ing Lam b w ave组走时数据.左侧激发右侧接收时亦可采集14×14组数据.在进行层析成像时共有2×14×14=392组数据.图5为探头频率为0.5M Hz,穿过成像区域的兰姆波波形图.图6给出的是每条兰姆波射线从发射点到接收点的传播时间(走时).将发射探头接收探头之间的区域布上64*64的网格,网格的边长为0.5mm 运用上述成像方法,成像效果如图7所示.在有限元模拟中建模的人工腐蚀缺陷长8mm,宽6m m,深0.5m m,图7(a )为实际缺陷的尺寸和位置图,在X 轴Y 轴分别占了16和14个网格.图7(b )为基于SIRT 算法兰姆波成像检测效果图.通过对比,也基本能反映缺陷大小和位置.263(总第81期)薄板腐蚀缺陷兰姆波成像检测的有限元模拟(魏运飞等)264测试技术学报2010年第3期4　总　结兰姆波在大型板类结构的快速扫描方式使其在工业无损检测中具有广泛的应用前景.然而,由于其复杂的传播机理,直接对波形进行判断还存在一定的困难.本文通过理论分析了A0模式兰姆波检测的可行性,应用跨孔扫描的兰姆波层析成像技术检测腐蚀缺陷.基于有限元模拟的灵活性,模拟纵波直探头激发低频A0模式的兰姆波,提取发射探头与接收探头之间的兰姆波传播走时,采用地震CT原理中的迭代重建技术(SIRT)重建铝板中腐蚀缺陷的成像检测图像.对隐藏的厚度变薄的腐蚀缺陷的成像检测研究很少,本文的方法证实了成像检测腐蚀缺陷的可行性,但在成像效果仍有待进一步优化,下一步工作将是对比优化成像算法,并展开实验研究.参考文献:[1]　刘增华,何存富,吴斌,等.利用兰姆波对板状结构中隐蔽腐蚀缺陷的检测[J].实验力学,2005,6(2):166-170.L iu Z eng hua,He Cunfu,W u Bin,et al.Hidden cor ro sion detection in pla te-like st ructure using lam b w aves[J].Jour nal o f Exper imental M echanics,2005,6(2):166-170.(in Chinese)[2]　张海燕,周全,吕东辉,等.各向同性薄板中横穿孔缺陷的超声兰姆波层析成像[J].声学学报,2007,32(1):83-90.Zhang Ha iyan,Z hou Quan,L Dong hui,et al.U lt raso nic lamb wav e tomo gr aphy of thr oug h ho le flaws in isot ro pic thin plates[J].Acta Aco ustica,2007,32(1):83-90.(in Chinese)[3]　庄天戈.CT原理与算法[M].上海:上海交通大学出版社,1992:77-98.[4]　陈建忠,史耀武.超声检测过程的数值模拟[J].无损检测,2001,23(5):198-201.Chen Jianzhong,Shi Y ao wu.T he numerical simulatio n of ultr asonic t est ing[J].N ondestructiv e T est ing,2001,23(5):198-201.(in Chinese)[5]　P ei J,Y ousuf M I,D eger tekin F L.L amb w ave to mog ra phy and its applicatio n in pipe er osio n/cor ro sion mo nitor ing[J].R es.N ondestr Eva l,1996(8):189-197.[6]　Hinder s,M alya renko M K,Eug ene par ison o f double cr ossho le and fanbeam lamb wa ve ultraso nictomo gr aphy[C].A IP Conference Pr oceedings,2001,557:732-739.[7]　F ro mme P,Sayir M B.M ea sur ement o f the scat tering o f a L amb w av e by a t hr o ug h ho le in a plate[J].Journal o f t heA coustical Societ y o f Amer ica,2002,11(3):1165-1170.[8]　Hinders,L eonar d M K,Kev in m b wav e to mog r aphy o f pipes and tanks using frequency compounding[C].A IP Conference Pr oceedings,2005,760:867-874.[9]　张海燕,他得安,刘镇清.层状各向异性复合板中的兰姆波[M].北京:科学出版社,2008:138-156.[10]　马德堂.弹性波场数值模拟及井间地震初至波旅行时层析成像[D].西安:长安大学,2005.[11]　魏运飞,卢超,张在东.薄板声-超声检测时兰姆波传播模式的有限元模拟[J].无损检测,2009,31(7):520-524.Wei Y unFei,Lu Chao,Zhang Z aiDo ng.F inite element m odeling o f acousto-ultr asonic lamb w ave pro pag atio n mo de in thin plat e[J].No ndestr uct ive T est ing,2009,31(7):520-524.(in Chinese)。

lamb波频散方程
根据弹性波理论，lamb波的频散方程可以表示为：
\[ \tan(k_h d) = \frac{2\mu}{\rho}
\frac{\omega^2}{\omega^2 \beta^2} \]
其中，\( k_h \) 是水平波数，\( d \) 是板厚，\( \mu \)
是剪切模量，\( \rho \) 是密度，\( \omega \) 是角频率，
\( \beta \) 是波速。

这个方程描述了lamb波的频散特性，即频率和波长之间的关系。

通过这个方程，可以研究lamb波在不同材料和结构中的传播特性，
对于非破坏性检测和结构健康监测具有重要意义。

除了频散方程，还可以通过数值模拟、实验测试等方法来研究lamb波的特性。

通过对lamb波的频散特性进行深入研究，可以为
工程实践中的结构健康监测、材料性能评估等提供重要参考。

总之，lamb波频散方程是描述固体中横波频率与波长之间关系
的重要方程，对于固体力学和工程应用具有重要意义。

希望这个回答能够全面回答你的问题。

超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式超声兰姆波是一种机械波，其能够在铝合金薄板中传播。

它是由固体中的分子之间的振动引起的，传播速度较高，能够传递能量和信息。

超声兰姆波在铝合金薄板中的传播可以分为两种模式：剪切模式和纵波模式。

剪切模式是超声兰姆波的一种传播模式。

在这种模式下，铝合金薄板垂直厚度方向的振动分量为主导，同时伴有水平振动分量。

这种振动模式使得板材两侧的颗粒进行水平相对滑动，呈现出剪切变形的特点。

剪切模式的超声兰姆波在传播过程中，其能量主要集中在薄板的表面，能够有效地检测到表面缺陷，如裂纹、孔隙等。

这种传播模式在非破坏性检测中有着广泛的应用。

纵波模式是超声兰姆波的另一种传播模式。

在这种模式下，超声兰姆波的振动是垂直于薄板表面方向的。

这种振动模式使得铝合金薄板中的分子产生纵向振动，呈现出纵波的特点。

纵波模式的超声兰姆波在传播过程中，其能量主要集中在薄板的厚度方向，能够反映材料的弹性性质以及厚度的变化。

纵波模式的超声兰姆波在研究材料的物理性质以及评估其质量方面有着重要的应用。

从传播距离上来看，超声兰姆波可以在铝合金薄板中传播较长的距离，传播距离与波长和频率有关。

通常情况下，对于频率较高的超声兰姆波，其传播距离相对较短；而对于频率较低的超声兰姆波，其传播距离较长。

超声兰姆波传播的速度与材料的密度、弹性模量以及波长有关。

在铝合金薄板中，超声兰姆波的传播速度较高，通常在3~7km/s之间。

传播速度的高低与材料的物理性质有关，高密度和低弹性模量的材料传播速度较快。

超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式对于材料的非破坏性检测和评估具有重要意义。

通过检测和分析超声兰姆波的传播特性，可以判断材料的质量和性能，并能及时发现潜在的缺陷，提高材料的使用寿命和可靠性。

总结而言，超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式主要有剪切模式和纵波模式。

剪切模式的超声兰姆波能够有效地检测到表面缺陷，而纵波模式的超声兰姆波则能够反映材料的弹性性质以及厚度的变化。

薄板结构中Lamb波的检测与仿真刚铁;刘强【摘要】MARC finite element software was used to obtain the single mode A0 and S0,which was achieved by loading displacement based on the distribution of different mode wave structures in finite element model.In addition,the propagation process of A0 and S0 mode wave in2mm sheet was simulated,and the diagram between the reflection coefficient of defect echo and defect size was also drawn.And then,the simulation results were verified by the practical experiment.The results showed that the excitation of single mode Lamb wave could be achieved by the displacement loading of wave structure.It was feasible to estimate the defect size combined with finite element method.The sensitive degree of different vibration modal on defect size was different.The A0 mode was sensitive on defect size,whereas the defect size was unable to be identified by S0 mode.%利用MARC有限元软件,按不同模式波结构分布在有限元模型上进行位移加载,得到了单一的A0,S0模式.同时,模拟了A0,S0模式在2mm薄板中的传播过程,绘制了缺陷回波反射系数与缺陷尺寸的关系图,并对模拟结果进行了试验验证.试验结果表明:采用波结构位移加载方式能够激励出单一模式Lamb波,结合有限元方法识别缺陷尺寸具有可行性,且不同振型模式波对缺陷尺寸敏感程度不同,其A0模式对缺陷尺寸敏感,而S0模式难以识别缺陷尺寸.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2013(035)007【总页数】5页(P24-28)【关键词】兰姆波;数值模拟;薄板;无损检测【作者】刚铁;刘强【作者单位】哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001;徐州徐工基础工程机械有限公司,徐州 221004【正文语种】中文【中图分类】TG115.28超声导波检测法是近年来发展起来的一种快速、检测距离长、成本较低的无损检测方法［1］。

粘弹性物体的力学行为和振动特性研究粘弹性物体是指具有粘性和弹性特性的物质，它在受力时会发生形变，并且在去除外力后能够恢复到原始状态。

这种物质在许多领域中都有广泛的应用，如生物医学、材料科学和工程学等。

研究粘弹性物体的力学行为和振动特性对于深入了解其性质和应用具有重要意义。

首先，我们来探讨粘弹性物体的力学行为。

粘弹性物体的力学行为可以通过应力-应变关系来描述。

在应力-应变曲线中，弹性区域表示物体在受力后能够恢复到原始状态的能力，而塑性区域则表示物体在受力后无法完全恢复的能力。

粘性区域则表示物体在受力后会发生形变，但是在去除外力后会逐渐恢复到原始状态。

通过对粘弹性物体的力学行为进行研究，可以了解其受力性质和变形机制，为物体的设计和应用提供理论支持。

其次，我们来探讨粘弹性物体的振动特性。

粘弹性物体的振动特性是指在受到外界激励后，物体发生的振动行为。

粘弹性物体的振动特性与其内部结构和力学性质密切相关。

研究粘弹性物体的振动特性可以帮助我们了解其固有频率、阻尼特性和共振现象等。

这对于设计和优化粘弹性材料的振动控制装置具有重要意义。

近年来，随着纳米科技的发展，研究粘弹性物体的力学行为和振动特性已经取得了一系列重要的成果。

例如，研究人员通过纳米力学测试技术，成功测量了纳米级粘弹性材料的力学行为和振动特性。

通过这些研究，我们可以更好地理解纳米级粘弹性材料的性质和行为，为其在纳米器件和纳米机械领域的应用提供理论基础。

此外，粘弹性物体的力学行为和振动特性还与温度、湿度和应力速率等因素密切相关。

例如，在高温环境下，粘弹性物体的弹性模量和黏度可能会发生变化，从而影响其力学行为和振动特性。

因此，研究人员还需要考虑这些因素对粘弹性物体性能的影响，并提出相应的理论模型和实验方法。

总之，粘弹性物体的力学行为和振动特性研究是一个复杂而有挑战性的课题。

通过深入研究粘弹性物体的力学行为和振动特性，我们可以更好地理解其性质和行为，为其应用和设计提供理论指导。

生物大分子中粘弹性与流动性质研究近年来，随着生物技术的发展与进步，越来越多的生物大分子得到了进一步的研究和探索。

其中，粘弹性与流动性质成为了一个重要的研究方向。

本文将重点探讨这方面的研究进展及其意义。

一、粘弹性的研究粘弹性是指物质既有粘性又有弹性的特性。

生物体内的许多大分子具有这种特性，如细胞膜、细胞骨架和细胞外基质等。

粘弹性的研究可以帮助我们深入了解这些生物大分子的物理特性和功能。

首先，研究表明，生物大分子的粘弹性会受到温度、离子强度和压力等因素的影响。

例如，温度升高会导致许多生物大分子的弹性模量降低，同时诱使分子间距增加，从而使其更易流动。

因此，在研究生物大分子粘弹性时，需要控制相关条件，否则会导致误差甚至无法得到可靠结果。

其次，粘弹性的研究不仅可以从物理角度探索大分子的结构和功能，还可以对生物学和医学等领域的研究产生影响。

例如，在肿瘤治疗领域，粘弹性被证明与肿瘤细胞侵袭能力之间有一定的关系。

通过研究肿瘤细胞的粘弹性，可以进一步了解肿瘤细胞的侵袭能力和转移能力，从而研究开发更有效的治疗方法。

二、流动性质的研究除了粘弹性，流动性质也是生物大分子研究的重要方向。

生物大分子的流动性质决定了它们在体内运动和传递信息的能力。

流动性质的研究可以帮助我们更好地理解生物大分子的结构和功能，并进一步研究它们在体内的作用。

首先，研究表明，生物大分子的流动性质受到温度、浓度和压力等因素的影响。

例如，当生物大分子的浓度增加时，它们之间的相互作用也会增加，从而使得它们更难于流动。

因此，在研究生物大分子流动性质时，需要控制相关条件，以得到可靠的结果。

其次，流动性质的研究不仅可以从物理角度探究大分子的结构和功能，还可以对生物学和医学等领域的研究产生影响。

例如，在药物研究领域，流动性质的研究可帮助我们更好地了解药物分子在体内的扩散和代谢情况，从而研究开发更有效的药物。

三、结语总之，粘弹性和流动性质是生物大分子研究的两个重要方向。

超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式-回复超声兰姆波是一种在铝合金薄板中传播的声波。

它的传播模式是一种特殊的波动方式，具有许多独特的特性和应用。

本文将逐步回答关于超声兰姆波在铝合金薄板中传播模式的问题。

第一部分：超声兰姆波的概述超声兰姆波是一种通过材料内部传播的弹性波，它由铝合金薄板内部的纵波和横波组成。

纵波是与传播方向相同的压缩波，而横波则是与传播方向垂直的波动。

这两种波动模式的共同传播形成了超声兰姆波。

第二部分：超声兰姆波的传播模式超声兰姆波在铝合金薄板中以不同的模式传播。

主要有以下几种模式：1. A0模态：这是最简单的模式，它只有纵波，没有横波。

纵波以等速度从源点向材料边缘传播，并经历多次反射和折射。

这种模式适用于薄板的中心区域。

2. S0模态：这是带有纵波和横波的模态。

纵波在中心点以等速度传播，而横波沿着板的边缘向外传播。

这种模式适用于薄板的周围区域。

3. L0模态：这种模态是带有纵波和横波的模态，纵波和横波同时传播。

纵波以更高的速度传播，而横波以较低的速度传播。

当纵波到达反射面时，它会发生相位反转，从而与横波相遇并发生干涉。

这种模式适用于薄板的边缘和角部。

4. T0模态：这是只有横波的模态，没有纵波。

横波沿着薄板表面传播，当遇到边缘或角部时会反射和折射。

这种模式适用于薄板的表面区域。

第三部分：超声兰姆波的应用超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式具有广泛的应用。

以下是几个典型的应用领域：1. 缺陷检测：通过分析超声兰姆波的传播特性，可以检测铝合金薄板中的缺陷，例如裂纹、孔洞或杂质。

根据不同的传播模式，可以确定缺陷的位置和大小。

2. 材料表征：超声兰姆波的传播模式可以提供有关铝合金薄板材料性质的信息。

通过测量波的传播速度和幅度，可以确定材料的弹性模量、密度和机械性能。

3. 损伤评估：通过监测超声兰姆波在铝合金薄板中的传播模式变化，可以评估材料的损伤程度。

根据传播模式的改变，可以判断损伤的类型和严重程度。

薄板声-超声检测时兰姆波传播模式的有限元模拟
魏运飞;卢超;张在东
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2009(031)007
【摘要】在声一超声检测中,正确认识超声波传播特性是其被有效应用的基础.通过有限元数值模拟的方法,研究薄板中声-超声检测形式下超声波传播模式,对模拟产生的波形信号用二维傅里叶变换法进行模式识别,并与兰姆波的理论波数频散曲线进行对比,证实产生了多模式兰姆波.使用波场快照图观测了声-超声检测方式下超声波的传播特性.研究表明,将数值模拟方法和试验相结合是研究超声检测技术的有效途径.
【总页数】5页(P520-524)
【作者】魏运飞;卢超;张在东
【作者单位】南昌航空大学,无损检测技术教育部重点实验室,南昌,330063;南昌航空大学,无损检测技术教育部重点实验室,南昌,330063;南昌航空大学,无损检测技术教育部重点实验室,南昌,330063
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28;O242.21
【相关文献】
1.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
2.粘弹性薄板中兰姆波传播特性的研究 [J], 郭湘怡;郭湘宇;胡欣智;赵迪;王前宇
3.液体层-压电薄板中兰姆波对液体密度的声传感 [J], 邓明晰
4.有液体层负载时压电薄板中兰姆波的传播特性 [J], 邓明晰;刘镇清
5.点焊试件中兰姆波传播的有限元模拟及其应用 [J], 陈振华;史耀武;赵海燕
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粘弹性材料的非线性力学特性研究随着科学技术的不断发展，粘弹性材料在工程和科学领域的应用越来越广泛。

由于其独特的力学特性，如粘弹性、非线性等，粘弹性材料在材料科学、土木工程、生物医学等领域都有着重要的应用。

本文将介绍粘弹性材料的非线性力学特性研究，以及其在工程和科学领域中的应用。

一、粘弹性材料的定义与特性粘弹性材料是一类具有粘弹性的固体材料，其力学特性介于弹性固体和流体之间。

与弹性材料相比，粘弹性材料在受到外力作用后，会产生时间依赖的形变；而与流体相比，粘弹性材料会随时间逐渐恢复原状。

这种独特的力学特性使得粘弹性材料既能保持形变，又能回复到初始状态。

二、粘弹性材料的非线性力学特性研究方法为了研究粘弹性材料的非线性力学特性，科学家和工程师们采用了多种实验方法和数值模拟技术。

其中，最常用的方法之一是应力松弛测试。

在应力松弛测试中，样品会受到一个短时间的应力作用，然后通过测量样品上的应变来观察其时间依赖的形变。

此外，还可以使用剪切应变测试、拉伸测试等方法来研究粘弹性材料的非线性力学特性。

通过对不同应力或应变下的样品进行测试，可以获得其力学特性随时间变化的曲线和参数。

三、粘弹性材料在工程领域中的应用粘弹性材料在工程领域中有着广泛的应用。

其中，一项重要的应用是减震和隔振技术。

由于粘弹性材料具有能量吸收和耗散的能力，可以用于降低结构物在地震或机械振动中的响应。

此外，粘弹性材料还可以用于噪声控制、动力学系统的稳定性分析等方面。

四、粘弹性材料在科学领域中的应用在科学研究中，粘弹性材料的应用也非常重要。

例如，在生物医学研究中，粘弹性材料被广泛应用于细胞力学、组织工程等方面。

通过研究粘弹性材料在细胞或组织中的行为，可以更好地理解生物体内部的力学特性，为疾病诊断和治疗提供依据。

此外，粘弹性材料还被应用于涂料、胶粘剂等工业产品的研发和生产中。

通过研究粘弹性材料的力学特性，可以改进产品的性能和质量。

五、粘弹性材料的应用前景随着科学技术的不断进步，粘弹性材料在工程和科学领域的应用前景非常广阔。

侧面周期嵌入空气柱薄板中兰姆波带隙研究近年来，由于科学技术的进步，研究兰姆波带隙结构受到了越来越多的关注，特别是在二维电子材料引起了深入的研究。

兰姆波带隙作为一种特殊的波导结构，具有无源放大、谐振等特性，广泛应用在微波技术、雷达技术以及光电子技术等众多领域。

例如，它可以用来放大微波，用于雷达检测，或者作为光电子器件中的输入/输出元件。

由于兰姆波带隙结构具有很强的低频特性，因此它既可以用来过滤低频信号，也可以用来抑制低频干扰。

本研究将侧面周期结构引入空气柱薄板中兰姆波带隙结构，模拟兰姆波带隙结构中电磁场的分布，并探索其优化设计的可能性。

首先，使用有限元方法计算兰姆波带隙结构的模拟电磁场，以确定带隙的电磁特性，包括带隙的电磁响应、响应特性以及共振频率。

然后，探讨不同侧面周期结构对带隙结构的电磁特性的影响，最后，利用标准空气柱的侧面周期结构优化带隙结构，实现兰姆波带隙结构的最佳性能。

本研究采用有限元分析技术，建立空气柱薄板中兰姆波带隙结构的数学模型，分析带隙结构在不同频率下的电磁响应特性。

经过数值分析，发现侧面周期结构对电磁场分布有显著影响，其整体影响由带隙本身的特性和侧面周期结构的参数决定，包括柱直径、周期长度和壁厚。

这些参数的变化，可以改变带隙的响应特性，从而影响带隙的模拟电磁特性。

此外，本研究利用优化算法，对带隙结构进行了优化设计，使其具有最佳的电磁特性。

通过优化设计，可以改善带隙的互耦特性，使得带隙的频率响应更加窄带、更高的通过率和抗干扰性。

最后，利用空气柱薄板中的侧面周期结构可以显著优化带隙结构的电磁特性，从而实现兰姆波带隙结构的最佳性能。

总而言之，本研究将侧面周期结构引入空气柱薄板的兰姆波带隙结构，通过有限元法和优化算法，模拟和优化了兰姆波带隙结构的电磁特性，从而达到最佳性能。

此外，本研究可为今后类似结构的研究提供参考。

结论在本研究中，我们讨论了空气柱薄板中的侧面周期结构对兰姆波带隙结构的电磁特性的影响，并利用优化算法对带隙结构进行了优化设计。

薄板中超声导波传播模态信号分析方法赵振宁;吴迪;张博南;吴军芳;滕永平【摘要】根据兰姆波在薄板中传播的频散特性，针对超声检测中获取的检测信号，采用双重时间尺度对比的方式，对兰姆波模态进行分析。

采用半解析有限元法绘制各向同性自由铝板中兰姆波频散曲线，选用合适的超声换能器获得兰姆波在铝板不同位置的多模态传播信号。

在兰姆波整体传播时间尺度下，用二维傅里叶变换对全部数据进行分析，确定了其模态及能量分布，再经过滤波降噪，利用 Hilbert-Huang变换分离并精确分辨单个信号内叠加的不同模态的时间尺度。

结果表明，上述方法可以识别兰姆波导波模态并获得较高的时间分辨率。

%In this paper,the modal analysis of Lamb wave was made according to the dispersion properties of its propagation in the thin plateby comparing the two time scales of the signal collected in ultrasonic testing.Based on the dispersion curves of Lamb wave drawn by semi analytical finite element method inthe isotropic free aluminum, suitable ultrasonic transducers were selectedto obtain modal signal propagation of Lamb wave in aluminum plate in different positions.In the overall time scale of Lamb wave,all the data were analyzed by two-dimensional Fourier transform and the modal and energy distribution would be identified.In the other time scale,the Hilbert-Huang transform was used to separate and distinguish the different modes accurately that were superimposed in a single signal after a reasonable filtering and noise reduction.The results show that we can analyze and compare the signal data of Lamb wave acquired from detection andidentify the guided wave mode and get higher time resolution with the above method.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】6页(P10-15)【关键词】兰姆波;信号处理;半解析有限元;二维傅里叶变换;Hilbert-Huang变换【作者】赵振宁;吴迪;张博南;吴军芳;滕永平【作者单位】北京交通大学理学院物理系，北京 100044;北京交通大学理学院物理系，北京 100044;北京有色金属研究总院，北京 100088;国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，郑州 450002;北京交通大学理学院物理系，北京100044【正文语种】中文【中图分类】TB553;TG115.28Lamb(兰姆)波是二维波,与三维体波相比具有衰减速度慢,传播距离远的特点,因此常被用于大型板材的长距离及快速无损检测中。

变厚度板中Lamb波传播的模态转换特性沈意平;朱智军;王送来;李学军【摘要】针对常见的阶梯型、斜面型和圆弧型厚度变化形式,定义倾斜角/弦切角为基本变量,采用有限元软件ANSYS分析了激励A0模态传播特性,研究了模态转换后产生的A0和S0模态反射系数和透射系数随角度变化的规律.分析结果表明,随着倾斜角/弦切角的增大,A0透射系数逐渐减小,A0模态转换产生的反射和透射的S0幅值随之增大,不同激励频率下A0模态的模态转换特性存在差别,并且圆弧型和斜面型变厚度结构的反射系数和透射系数存在一定的差值.为变厚度板结构缺陷检测的Lamb波散射信号分析提供了理论依据,有利于提高变厚度板缺陷识别的准确度.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】5页(P70-74)【关键词】变厚度板;Lamb波;模态转换;反射系数;透射系数【作者】沈意平;朱智军;王送来;李学军【作者单位】湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室,湘潭 411201;湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室,湘潭 411201;湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室,湘潭 411201;湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室,湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TB559;TG115.28Lamb波技术以其传播距离远及对缺陷的高敏感性，广泛应用于大面积板类结构的缺陷检测中。

利用Lamb波与缺陷界面作用产生的散射信号，通过信号分析与特征提取可以对缺陷信息进行识别。

工程结构中大量采用变厚度板来减轻结构重量和优化结构力学性能，常见的厚度变化过渡结构包括阶梯型、斜面型和圆弧型，如风力机叶片、飞机机身、直升机机翼、舰船壳体等。

类似于含小缺陷平板中的Lamb 波传播特性[1-6]，非对称变厚度板中的Lamb波将产生复杂的频散和模态转换现象，增大变厚度板缺陷识别的难度。

因此，研究Lamb波在变厚度板中的传播特性，掌握板厚变化量对Lamb波传播特性的影响，是变厚度板缺陷检测必须首先解决的关键问题。

基于兰姆波传播特性的血管力学特性定量测量的研究心脑血管疾病是人类生命的头号杀手,死于心脑血管疾病的人群日渐增加,已经成为我国严重的公共卫生问题。

动脉硬度已经被作为预测心脑血管疾病的重要的独立预测指标,因此,准确的检测动脉血管的硬度可以帮助心脑血管病人早发现、早治疗,降低发病率和死亡率。

超声剪切波弹性成像技术是一种定量的无创性检测血管壁力学特性的技术,能获取随血管压力变化引起的血管力学特性的变化。

近年来,大多数血管超声弹性成像的研究都是在血管的纵向方向上,利用超声弹性成像估算血管横切方向的硬度很少被研究。

考虑到血管是一种各向异性的组织,估算血管的横切方向的血管硬度也是必不可少的。

本课题主要研究利用超声剪切波弹性成像技术估算血管纵向和横切方向的血管弹性,并利用力学测试精确的对比两种兰姆波传播方向估计剪切弹性的准确性。

本研究基于Verasonics Vantage256超声可编程开放系统,控制线阵探头聚焦产生声辐射力作用在血管壁上引起组织的局部振动,然后发射高帧率平面波获取兰姆波传播。

通过旋转探头获取血管纵向和横切方向的兰姆波传播数据,分别计算出兰姆波群速度、兰姆波频散曲线、利用群速度估算出的剪切弹性模量、利用频散相速度结合漏兰姆波简化公式拟合出的剪切弹性模量。

实验中,我们利用PVA材料制作了三种冻融(F/T)循环的血管仿体,分别对仿体加压60mmHg、80mmHg、100mmHg,用来模拟真实血压环境,并分别对血管的纵向和横切方向进行超声弹性成像测量估计血管弹性,并通过循环拉伸力学测试加以验证。

随着冻融循环的次数增加,血管仿体的硬度变大。

我们首先比较从不同硬度血管的纵向和横切方向估算的剪切弹性值及力学测试结果,然后比较两种兰姆波传播方向估算的剪切弹性与力学测试在不同腔内压下的血管仿体的结果。

结果发现群速度估计的剪切弹性模量与力学测试估计的剪切弹性模量具有显著性差异(P&lt;0.05),而利用纵向相速度拟合出的剪切弹性模量最接近力学测试的结果,其中腔内压为60mmHg的3F/T、4 F/T、5F/T的血管纵向后壁相速度估算出的剪切模量分别为57.12±6.5kPa、114.4±7.3kPa、127.21±10.3kPa,对应的力学测试获得的剪切弹性模量分别为79.5±1.9kPa、121.57±2.5 kPa、141.55±2.2 kPa,除了3F/T的血管具有显著性差异外,其他两个循环的仿体与力学测试均无显著性差异。