兰姆波遇圆孔缺陷的散射

• 作 者: 姚杰聪 张海燕 于勇凌
• 机 构: 上海大学通信与信息工程学院上海200072
• 出 处: 2013年度全国检测声学会议
• 发表日期: 2013年8期
• 关键词: 兰姆波 散射场 Possion理论 Mindlin理论

　　目的：因为兰姆波在NDT应用的潜力,近年来波导中的散射问题受到相当大的关注。由于其复杂性,所进行的研究主要是应用数值方法如边界元法(boundary element method,BEM)或有限元法(finite element method, FEM)。虽然二维(2D)研究能够部分洞察兰姆波与缺陷之间的相互作用,为了全面地理解散射过程,3D建模是必须的。然而,尽管计算能力和效率不断进展,数值方法仍然需要相当高的计算代价。即使高性能计算机,对一个特定的入射波场,时间也是几个小时的数量级。而解析或半解析解对这样的问题是适用的,能够快速仿真众多不同散射体的散射。对于2D,此求解方法已用于研究兰姆波遇圆形腔体或裂纹的散射。对于3D,寻求解析解相当复杂。虽然板波的瑞利-兰姆波解是精确的,然而,它在表征板波与结构缺陷的作用时相当困难,因为在展开式中需要有多项,这样将导致很慢的收敛率。因此,要求计算上更有效的求解方法。方法：分别采用Poisson和Mindlin近似板理论,研究了SO兰姆波遇板中圆孔缺陷的散射场,并且与3D精确理论进行对比,给出了近似板理论的适用范围。采用波函数展开法把标量势场用柱函数进行展开,根据声波在缺陷孔周围的应力连续性条件,得到与未知的展开系数相同个数的边界条件方程,由此确定展开系数,进而计算各传播方向的散射远场解。结果：在低频厚积下,采用近似板理论得到的散射场与3D理论得到的散射场结果非常吻合。然而,随着频厚积的增加,无论是Poisson理论还是Mindlin理论,都与3D理论产生偏移,说明近似板理论具有一定的频率使用范围。结论：提出了用Poisson和Mindlin近似理论计算兰姆波遇圆孔缺陷的散射场,在低频厚积情况下与3D理论得到的散射场一致性较好,可以避免3D理论复杂的计算,在低频厚积下,近似板理论具有较大的优势。