《隨機複合材料中相干波傳播規律的快速邊界元法研究》是依託重慶大學，由章俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：隨機複合材料中相干波傳播規律的快速邊界元法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：章俊
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨機複合材料是一種基體中夾雜呈隨機不規則排列的複合材料。對同一種隨機複合材料不同夾雜分布情況下的波場進行系綜平均所得到的波場即為相干波。此相干波波數為一複數，實部和虛部均為隨機複合材料巨觀參數的函式。對這兩個參數開展研究是彈性波在複合材料無損檢測、地球物理勘探和降噪隔震等工程領域中套用的理論基礎。然而，截至目前，無論是理論、實驗還是數值模擬都缺乏對這兩個參數的有效預測，特別是針對夾雜形狀複雜情況。本項目擬充分發揮快速邊界元方法在此類問題中的優勢，實施多域問題的預修正快速傅立葉變換邊界元方法；然後基於理論分析，提出上述兩參數的巨觀模型；開展大規模數值模擬並最終確定所提巨觀模型。由於採用了加速算法，本項目所實施的快速邊界元方法可模擬大規模複雜問題；此外，本項目所提巨觀模型基於這兩參數產生的物理機理，因此擬得巨觀模型適用於夾雜形狀更加複雜的隨機複合材料。
結題摘要
夾雜隨機分布複合材料廣泛存在，如混凝土、岩石和土壤等。研究彈性波在這類材料中的傳播規律是複合材料無損檢測、地球物理勘探和降噪隔震等的理論基礎。彈性波超材料和超表面是套用物理和固體力學等領域近些年興起的一個熱點研究方向，興起的主要原因是此類人工材料可在亞波長尺度操控各種彈性波，在減振降噪，振動能量收集，微電子器件等很多領域有著重要的潛在套用價值。本項目首先基於邊界元方法在模擬波動問題方面的優勢，實施了預修正快速傅立葉變換加速邊界元方法，然後對纖維隨機分布複合材料中相干SH波、P波和SV波衰減係數開展了大規模數值模擬。結合單散射問題理論分析和大規模數值模擬結果，確定了預測此類隨機複合材料中相干波衰減係數的獨立散射巨觀模型，並明確了此巨觀模型的使用範圍。引入界面彈簧模型，提出一配點法，考慮了複合材料中夾雜和基體界面局部損傷對彈性波散射和相干波衰減係數的影響，所得結論可用於基於超音波技術的複合材料無損檢測。最後，基於工程中的薄板和梁結果單元，提出了一種調控固體中彈性SV波和薄板中彎曲波的超表面設計思想，在板中彎曲波的調控和利用以及基於薄板結構的微電子器件設計中有潛在套用。
