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无损探伤在工程、机械及航空等行业有着广泛应用。近年来,在无损探伤领域发展出一种新方法--利用一维颗粒晶体链撞击结构体,通过颗粒链激发孤立波,分析颗粒链中的孤立波从而对结构体进行快速无损评估。一维颗粒链中的机械撞击以孤立波的形式传播,该孤立波是一种能量包,能在较长距离里保持波幅不变。 本文以孤立波的无损探测应用问题为背景,分析一维颗粒晶体链与各种弹性体的相互耦合作用,具体研究内容如下: (1)对颗粒链自身振动的研究:首先,通过连续性近似,研究孤立波在一维颗粒链中的传播特性。发现孤立波的波速与颗粒摄动速度、应力幅值等均有非线性关系。在数值计算过程中,考虑颗粒链水平和垂直两种情况,将颗粒链离散为质点,基本Hertz定律,建立所有颗粒的运动微分方程并采用四阶Runge-Kutta法求解。最后将连续性近似所得结果与数值计算所得结果进行对比。 (2)对颗粒链与半无限空间体耦合作用的研究:基于Hertz定律,考虑颗粒链与半无限空间体的接触问题。通过数值方法,建立颗粒链与半无限空间体耦合的微分方程组并采用Runge-Kutta法求解。最终论证孤立波是否对半无限空间体的弹性模量敏感。 (3)对颗粒链与弹性大板耦合作用的研究:基于Hertz定律以及弹性大板的内在非弹性理论,考虑颗粒链与弹性大板的接触问题。通过数值方法,建立颗粒链与弹性大板耦合的微分方程组并采用Runge-Kutta法求解。探讨孤立波是否对弹性大板的弹性模量和几何尺寸敏感。 (4)对颗粒链与Euler梁耦合作用的研究:基于Hertz定律以及Euler梁振动方程,考虑颗粒链与Euler粱的耦合问题。通过数值方法,离散Euler梁,建立颗粒链与梁耦合的微分方程组并采用Runge-Kutta法求解。最终探讨孤立波是否对梁材料的弹性模量和几何尺寸敏感。