摘要：控制弹性波的反射是非常重要的.最近,由广义斯奈尔定律支配的反射型超表面为弹性波的方向和极化控制提供了一个新的自由度然而,反射型超表面的机理是频率相关的,这大大限制了它们的实际应用。本文提出了一种与频率无关的超材料,称为单极化固体(SPS),用于弹性波的宽带反射控制.利用设计的单一极化固体实现了完美模式转换,同时还实现了正反射与负反射之间的切换.本文开辟了一种宽频弹性波的反射调控的方法,在结构健康监测、无损检测和弹性波装置方面找到潜在的应用。

摘要：基于二维声子晶体模型,设计了周期排列的磁流变隔振支座,采用有限元方法研究其弹性波传输特性和振动能量分布。研究结果表明:隔振支座存在弹性波带隙,通过外加磁场可以调控带隙的带宽和频率位置;缺陷态结构对传输能量有局域作用。

摘要：在凝聚态物理系统中的拓扑超材料,由于其反常的物理现象,在信息处理与能量应用方面展现出巨大的潜力.近些年来,受凝聚态物理中拓扑现象的启发,经典波动系统中的力学拓扑现象受到越来越多的关注.弹性波作为振动的重要载体,广泛存在于工程与自然环境中.作为一种矢量波,弹性波相对于声波与电磁波等标量波展现出更复杂的多分量传输特性,在调控与应用方面存在诸多困难.在本研究中,将以拓扑超材料为基础,围绕弹性波分解与力学应用展开.首先利用设计的声子晶体实现了双重狄拉克锥,并通过在声子晶体中引入几何扰动,实现了弹性波面内和面外模式的拓扑相分离;通过不同拓扑相的组合,构造了具有不同波传输特性的拓扑边界态,实现了弹性波面内和面外模式的分离;进一步地,基于耳语回廊(whispering gallery)模式引发的能量局域化,弹性波面内和面外分量的能量实现了分区域聚集,为振动能量高效俘获提供了思路.弹性波模式分离及其引发的能量聚集均采用实验进行了验证.阐明了拓扑超材料在弹性波分量调控与能量应用中蕴含巨大潜力,对振动信号处理与能量俘获等应用具有积极意义.

摘要：光子晶体、声子晶体和声学超材料在调控波和波衰减等领域产生了深远影响.它们并不是自然界中新发现的材料,而是根据不同需求设计的复合结构,通常利用布拉格散射或局域共振机理来达到调控声波/弹性波能带结构的目的.与光子晶体不同,声子晶体和声学超材料的工作区域在较低频区域,因此获得低频且大范围的禁带是该领域的研究重点,并逐渐拓展到频率低、波长长的地震波隔震减灾防控上.本文从纳米光子和地震超材料的联系出发,从固体物理的视角分析了地震超材料的城市群、自然森林超材料等,将新型人工地震超材料在分布区域、禁带机制、实验方式3个方面进行了分类比较,并展望了现阶段地震超材料研究的一些局限性以及面临的挑战.

摘要：盾尾同步注浆是盾构隧道施工过程中的重要环节,注浆效果不良产生的管片与地基间脱空会造成隧道和地表的不均匀变形,严重影响其安全性和耐久性。为实现对复杂结构管片壁后注浆效果的检测,提出一种基于冲击弹性波具有管片结构特征的注浆效果检测方法。通过全尺模型试验研究了衬砌管片的弹性波响应强度特征,定量分析了管片注浆孔和边界对响应强度检测结果的影响,结果表明管片边界影响范围在0.5 m以内,注浆孔影响范围为一个长轴1 m、短轴0.35 m的椭圆区域。通过三维曲面拟合响应强度分布特征,以响应强度差值作为注浆效果的评价指标评估注浆效果,对比检测结果显示模型试验预设缺陷的识别准确率为82.8%,并将该方法应用于江阴靖江长江隧道盾尾同步注浆检测中,为盾构隧道的同步注浆施工提供有效参考依据。

摘要：伴随岩体卸荷过程,岩体内部应力状态要进行调整,同时岩体内部几何结构也要发生变化。由于卸荷过程应力状态变化很复杂,文中利用卸载过程中岩体内部几何结构的变化来反映卸载过程,通过岩体几何结构对弹性波传播的影响来分析卸载过程的波速。为考虑弹性波作用下局部裂纹的相互作用,采用双裂纹模型近似分析。在双裂纹体系内部采用"相互作用"分析法,以部分考虑波在岩体内的多次散射;在双裂纹体系之间采用线性叠加分析法,以考虑岩体中缺陷影响的局部化。通过节理裂隙的张开程度和节理裂隙的张开率描述卸载过程对双裂纹体系的影响,由此,对比分析了开挖卸载过程中四种不同的玄武岩与主频25 kHz和主频1 kHz对应的弹性波波速的变化。结果表明,随着卸载过程的推移,主频25 kHz声波和主频1 kHz地震波对应的相对波速逐渐减小,但声波波速的减小幅度要比地震波减小的幅度小,声波波速可以降低到原来的80%,而地震波波速可以降低到原来的50%。结论对于水利工程、隧道工程等建基面的验收和评价有很好的指导意义。

摘要：对于各向异性波场模式解耦来说,常规的散度与旋度运算存在明显误差,而理论上精确的偏振投影算子受介质参数和传播方向共同控制,导致相应的模式解耦算法成本难以承受。在前人研究基础上,开发面向带有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质的弹性体波模式解耦高效算法。首先,针对依据主能量传播与偏振方向偏差角设计的伪散度/伪旋度算子,借助波场方向分解,考虑偏差角随传播方向的变化,构造出更精确的qP/qS波分离算法。然后,针对理论更完备、适用性更强的偏振投影低秩近似算法,借助模型分区和GPU加速策略,达到了精度与成本的相对平衡。SEG Hess VTI二维模型数值试验揭示了改进的伪散度/伪旋度算法、分区低秩分解GPU算法的特点,同时验证了方法的可靠性。

摘要：数值频散程度直接决定了地震波数值模拟效果。在高频情况下 ,有限元法以及低阶差分法地震波数值模拟效果不好的主要原因 ,就是这些方法引起的数值频散比较严重。对高阶差分法声波模拟和交错网格弹性波模拟而言 ,影响数值频散的三个因素是地震波传播方向、差分精度和一个波长内离散点数 ,对交错网格弹性波模拟而言还包括介质的泊松比。Marmousi模型以及弹性波模型的模拟及成像结果表明 ,高阶差分方法 (包括交错网格 )可以显著地降低数值频散 ,有效提高地震波正演计算的精度 ,拓宽模拟波场的频带。两种方法的频散理论分析证明 ,和规则网格以及低阶差分方法相比 ,高阶差分方法 (包括交错网格 )在不降低模拟精度前提下 ,空间网格可以增大数倍 ,从而大幅度提高正演效率。因此 ,高阶差分以及交错网格高阶差分是提高声波和弹性波传播数值模拟精度和效率的有效方法 ,为复杂地区地震波传播规律研究、野外地震观测系统优化设计、地震资料解释结果的验证、地震波形反演提供了有效的地震波正演工具。

摘要：在隔河岩水利枢纽勘探阶段,用地震、声波法对两岸拱座岩性进行动弹模比较,对坝基均匀性及岩溶、风化、断层进行了测试分析,为初步设计提供了依据。施工阶段,首次用折射波法确定坝基建基面高程、声波预埋式探头方法监测导流洞施工安全及弹性波分类、跨孔剪力波法对坝基固结灌浆效果进行检测;坝肩预裂爆破振动衰减监测和坝基保护层一次爆除振动观测等均直接配合施工,为施工及时提供信息。

摘要：为了研究一维固-液结构平板掺杂声子晶体的滤波特性,利用一维固-液结构平板掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在一维固-液结构平板掺杂声子晶体中各个模式满足的关系式。研究了弹性波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质厚度的变化规律。这些结果可用于声子晶体滤波器的设计。