覆阻尼层弹性板的回波特性及弹性参数反演

论文摘要

本文对板状目标的回波特性和反演材料的弹性参数分别进行了理论和实验研究。理论研究首先从声波在介质中传播的波动方程出发,根据不同的边界条件分别推导了Lamb波在真空中弹性板、水中弹性板、单面覆水层弹性板、真空中覆盖阻尼层弹性板和水中覆盖阻尼层弹性板中传播的频散方程;然后,通过计算机编程求解频散方程的数值解,并绘制频散曲线,对结果和物理意义分别进行了分析和解释;最后给出矩形板在声波斜入射条件下目标回波特性的理论分析;并在板中Lamb相速度已知条件下,利用工具软件Matlab中的遗传算法工具箱反演出了弹性板的弹性参数。关于实验研究部分,在目标回波实验中使用了四个模型(两块不同尺寸、相同材质的钢板,一块铝合金板和一块覆盖阻尼层弹性板)。测量板的回波强度随目标方位角的变化,寻找并记录强回波出现时的角度;然后根据实验数据分析回波结构;再利用理论部分推导出的公式求板中相速度;最后由实验数据反演弹性板的弹性参数。实验结果验证了理论推导的正确性。以及利用弹性板的水下目标特性与遗传算法相结合反演弹性板的弹性参数方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景及意义
• 1.2 平板相关研究的发展及现状
• 1.2.1 弹性动力学的发展
• 1.2.2 国内外关于平板问题的研究现状
• 1.3 材料杨氏模量测量法概述
• 1.3.1 杨氏模量直接测量法
• 1.3.2 杨氏模量的声学测量法
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 板层中弹性波的传播特性
• 2.1 弹性板中的Lamb波
• 2.1.1 平板波导中的波
• 2.1.2 真空中弹性板的Rayleih-Lamb频散方程
• 2.1.3 水中弹性板的Rayleih-Lamb频散方程
• 2.1.4 单面水载弹性板的Rayleih-Lamb频散方程
• 2.2 阻尼层近似理论
• 2.2.1 Maxwell模型
• 2.2.2 Kelvin-Voight模型
• 2.2.3 黏弹性层中的Lamb波
• 2.3 覆阻尼层弹性板的Lamb波
• 2.3.1 真空中覆阻尼层弹性板的频散方程推导
• 2.3.2 覆阻尼层弹性板在水中的频散方程
• 2.4 数值计算方法
• 2.4.1 求解实频散方程数值解
• 2.4.2 求解复频散方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 目标的回波特性和弹性板参数反演
• 3.1 目标回波的构成及亮点模型理论
• 3.1.1 目标回波的构成
• 3.1.2 亮点模型理论
• 3.2 矩形板目标回波特性理论
• 3.3 利用目标回波的方位角特性反演弹性板的弹性参数
• 3.3.1 反演弹性板杨氏模量
• 3.3.2 反演板厚
• l和c_t'>3.4 采用遗传算法反演c_l和c_t
• 3.4.1 遗传算法的优点
• l和c_t'>3.4.2 使用遗传算法工具箱反演c_l和c_t
• 3.5 本章小结
• 第4章 目标回波特性实验及结构分析
• 4.1 实验设计及准备
• 4.1.1 实验设计
• 4.1.2 实验仪器和设备参数的测量
• 4.2 实验分析
• 4.2.1 弹性板实验数据分析
• 4.2.2 覆盖阻尼层弹性板实验数据分析
• 4.3 反演弹性板的杨氏模量
• 4.4 实验总结
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A