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本文主要针对微结构固体材料,研究了对于谐波、波包以及孤立波的反问题,进而确定了微结构固体材料的结构参数。为了验证微结构固体中孤立波能否形成以及稳定传播的问题,进行了数值模拟,进而证实了在任意初始激励下微结构频散和非线性固体中可以形成孤立波并长久稳定传播的事实。本文的主要研究内容及所得结论有:
(1)对于微结构线性固体材料,影响波场的一个主要特性是频散特性,而这种显著的频散特性可用于解决波传播的反问题。首先,基于Mindlin理论,建立了描述微结构线性固体中波传播的一种模型——全频散波方程,并讨论了该方程的频散特性。其次,基于此全频散波方程,提出和解决了对于谐波和波包的反问题。研究证明,通过测量同一种介质中传播的四种不同谐波的频率和相应波数,在正常频散和反常频散情况下可以唯一地确定波方程的未知系数。
(2)微结构频散和非线性固体中宏观尺度非线性效应和微尺度频散效应的适当平衡可以形成孤立波,并且,孤立波在固体材科中传播时,其幅度、传播速度及形状变化中携带着反映材料内部结构特征的重要信息。首先,根据Mindlin理论.忽略固体材料的微尺度非线性效应和耗散效应,在考虑宏观尺度非线性效应的情况下推导出微结构固体中波传播的双频散方程。其次,运用有限差分方法在不同仞始激励下对微结构固体中孤立波的形成过程及其传播过程进行了数值模拟。最后.提出了微结构频散和非线性固体中孤立波的反问题并利用孤立波长久稳定传播时的速度,幅度及其上的某一点,理论上确定了材料的结构参数。结果表明,在任意初始激励下微结构频散和非线性固体中可以形成孤立波并长久稳定传播,即使受到微扰也能够基本稳定传播。
本文所得结果对无损检测、地质勘探、石油开采等许多领域的研究具有一定的理论意义和潜在的应用价值。