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基于半解析有限元的多杆结构超声导波频散及频带缺失特性研究
基于半解析有限元的多杆结构超声导波频散及频带缺失特性研究
摘要：
超声导波技术在结构健康监测领域具有重要的应用价值。本文以多杆结构为研究对象，采用半解析有限元法（HFEA）对结构中的超声导波频散和频带缺失特性进行了研究。根据结构的几何特征建立了有限元模型，并结合动力学方程和边界条件求解了超声导波的传播方程。通过频散曲线和频带图分析了多杆结构在不同频率范围内的传播特性，得出了频带缺失现象的发生原因，并给出了改善频带缺失的建议。实验结果验证了半解析有限元法的有效性，并且表明了多杆结构中超声导波的频散特性与材料的弹性模量、泊松比以及几何特征等因素密切相关。该研究对于超声导波技术的应用和改进有着重要的参考价值。
关键词：超声导波技术；多杆结构；半解析有限元法；频散特性；频带缺失
1.引言
随着现代科学技术的发展，结构健康监测变得越来越重要。超声导波技术作为一种非破坏性、远距离传输的检测方法，因其能够检测结构中的隐蔽缺陷和监测结构状态的变化而得到广泛应用。多杆结构作为一种常见的结构形式，在航空航天、轨道交通等领域中被广泛应用。然而，由于多杆结构的复杂性，导致其超声导波的频散和频带缺失特性值得研究。
2.研究方法
本文采用半解析有限元法对多杆结构中的超声导波频散和频带缺失特性进行研究。首先，根据多杆结构的几何特征建立了有限元模型，然后结合动力学方程和边界条件求解了超声导波的传播方程。通过计算得到的频散曲线和频带图分析了多杆结构在不同频率范围内的传播特性。
3.结果与讨论
通过对多杆结构中超声导波频散和频带缺失特性的研究，得到了如下结论：
（1）多杆结构中的超声导波频散特性与材料的弹性模量、泊松比以及几何特征等因素密切相关。
（2）多杆结构存在频带缺失现象，即在某些频率范围内无法传播超声波信号，这是由于多杆结构的几何特征和材料参数的限制造成的。
（3）通过改变材料的弹性模量、泊松比以及结构的几何特征等因素，可以改善多杆结构中的频带缺失现象。
4.实验验证
为了验证半解析有限元法的有效性，我们进行了实验验证。实验结果表明，半解析有限元法可以较准确地预测多杆结构中超声导波的频散和频带缺失特性。
5.结论
本文通过半解析有限元方法研究了多杆结构中超声导波的频散和频带缺失特性。研究结果对超声导波技术的应用和改进具有重要意义。未来的研究可以进一步探索不同材料和结构参数对超声导波特性的影响，以提高超声导波技术的精度和可靠性。
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