平面波在饱和孔隙柱壳长骨模型中传播

来源 :2013年度全国检测声学会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jijiaweiaics
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  目的: 声波在连续介质中传播的研究在机械工程,医学和生物工程等领域非常具有现实意义的.而在医学领域中,孔隙材料的应用,例如矫正术,心血管等都是众所周知的.骨骼是一种均质各向异性的天然聚合物,假定固体部分是完全弹性的,液体部分是可压缩牛顿流体.并目孔隙内连通,骨骼变形时流体流动满足达西定律.近些年微创定量超声技术在骨折治疗效果评价,并且临床研究表明超声在断骨截而传播速度研究可以作为评估治疗的一个指标.本文对平面波在柱壳状无限大长骨中传播进行理论推导和数值模拟.方法:本文为模拟长骨(假设为密质骨),第一步,建立一个孔隙柱壳模型,分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三层,Ⅰ为孔隙壳内流体层,Ⅱ为孔隙壳层,Ⅲ为孔隙壳外流体.第二步,对孔隙柱壳内外声场进行求解.1,孔L隙壳外Ⅰ层是平而波入射,引入柱壳外流体中平面波的势函数,进而求出入射波位移,声压;同样引入孔隙壳外反射场位移势形式解,可求反射位移,声压;2,孔隙壳层中声场满足经典biot[1]方程,引入声场纵波势,横波势(SH波)和(SV波)对固体位移场量和渗流位移场量分别进行分解,引入孔隙壳内声场势函数形式解,由应力-应变关系可得到孔隙壳内任意位置位移,应力和声压;3,孔隙壳内流体层中,引入透射声场势函数,进而可以得到位移,声压.第三步,利用边界条件求孔隙壳内外声场.三层介质两个分界面,满足10个边界条件.结果: 平面波入射时孔隙壳内声场可以看作多极居心源叠加的结果,所以我们取到四极,分别模拟了单极,偶极,四极柱壳模型频散曲线.单极,偶极,四极柱壳模型频散曲线,都有多个模式曲线.其中单极和偶极柱壳模型频散曲线中都存在一个最低阶模式曲线几乎横跨整个频带,速度随频率的增加而增加,而其余曲线都随频率的增加而降低.我们对柱壳进行频率相速度分析,为了分析波形成分我们进行频率波数分析.最后我们又考察了激发强度曲线,整体激发强度随频率增加而增加.结论:本文研究了平面波在饱和孔隙柱壳长骨模型中传播和散射问题.本工作有助于丰富超声波在骨骼中传播理论研究,对骨骼结构研究工作有一定的指导意义.
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