基于有限元数值模拟的含缺陷介质弹性波传播特性分析

IMECH-IR > 流固耦合系统力学重点实验室

	基于有限元数值模拟的含缺陷介质弹性波传播特性分析
英文题名	Analysis on Elastic Wave Propagation in Solid Containing Cracks By FEM Numerical Simulation
	姜春晖
导师	陈伟民
	2016
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	工程力学
摘要	弹性波在含有不同缺陷形式和特征的介质中的散射问题的研究可以作为获取材料和结构内部信息的重要手段，例如地震源的特征反演、复杂地层的地球物理参数确定以及结构和材料的无损探伤、医学超声检测。近几年来的非常规能源开采，例如页岩水力压裂过程中的微地震监测、地热采收以及微观结构的精细成像等实际需求，再次推进了含有缺陷介质的弹性波散射问题的研究。本文基于有限元数值模拟研究了中等波长的弹性波在有缺陷介质中的波传播特征。首先建立了含有各种形状裂纹的有缺陷介质的弹性波动力学数值模拟模型，讨论了裂纹近/远场的网格划分准则和方式、几种人工边界的吸收效果和适用范围以及初至时间拾取等问题，通过与静态理论解对比以及低频动态验证，给出了基于有限元的含裂纹介质的弹性波传播数值模拟方法。在此基础上，研究了弹性波通过裂纹的传播特性，分别考虑了裂纹特征（缺陷形状和分布）、入射波特征（波长、波形）对裂纹背向的散射、绕射位移/速度场的影响；对裂纹近/远场不同区域的波速/波幅变化的不同规律和机理进行了分析。结果表明，与以往的仅考虑裂纹面积密度的总体效应不同，在裂纹的面积密度相同的条件下，随着裂纹形状的逐渐改变，波速会发生不同程度的衰减，即椭圆长短轴比值（）的增大，波速衰减程度也逐渐增大。类似的，入射波波长和裂纹分布也会影响弹性波散射绕射。另外，在裂纹背向散射/绕射场的不同区域，波速衰减和波幅变化呈现不同的演化规律和机理：由于裂纹的散射效应改变了弹性波的传播路径，波速在各个区域均有衰减（最高20%左右）；根据速度衰减的规律和程度不同，将裂纹背向区域分为近场、远场两部分，针对远场区域提出了基于最短路径原理的弹性波传播速度预测方法；对于幅值变化，在距离裂纹近场，弹性波传播现象和机理复杂，存在散射、绕射双重效应，除了幅值衰减，还会在某些特殊区域（）由于弹性波绕射作用增强，出现位移叠加；在裂纹背向的远场区域，弹性波散射和绕射作用逐渐减小，波速和位移场趋近无裂纹状态。
索取号	31325
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59418
专题	流固耦合系统力学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	姜春晖. 基于有限元数值模拟的含缺陷介质弹性波传播特性分析[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.

条目包含的文件
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201663212152.pdf（7974KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文