平板中Lamb波遇减薄缺陷散射问题的修正边界单元法研究

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边界单元法(boundary element method,BEM),对于求解弹性半空间、弹性板等具无限延伸边界结构内弹性波的散射问题,具有建模速度快,计算效率高的优势。然而,使用BEM方法对此类结构建模时,由于边界截断而产生虚假反射波,使散射波场的计算结果出现误差。为消除该误差,本文提出了一种用于求解具有无限延伸边界结构中弹性波散射问题的BEM方法。该方法在不改变基本BEM矩阵的同时,引入散射波远场特征,将远场影响作为修正项加入BEM基本矩阵,可消除虚假反射波,并同时解出近场和远场散射波位移场。本文应用弹性动力学互易定理,将其转为近场有限长边界上的积分,在不影响计算精度的同时大为简化数值计算编程难度。本文将修正BEM方法运用于各类单层和多层板结构中弹性导波散射问题的求解。在多层板结构中,我们首先通过全局矩阵法求解了广义Lamb导波各阶模态的弥散特征和位移分布;然后将其作为已知信息代入远场位移形式,并运用修正BEM方法进行求解。为验证修正BEM方法的正确性,本文针对单层板与多层板中典型缺陷的算例,进行了收敛性检查,证明了当截断点离缺陷足够远后,远场散射系数值随截断位置变化趋于收敛。本文并就部分算例比对了修正BEM法和已有数值算法的计算结果,两者吻合,且修正BEM法计算效率更高。本文提出的修正边界元方法可准确而高效地计算平板内波通过减薄缺陷的散射问题。该方法可作为超声导波定量化无损检测的理论依据和数值模拟手段。
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