波源对纵向模态导波在管道中传播的影响研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第51卷第12期机械工程学报VO1．51NO．122015年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun．2015DoI：10．3901／JME．2015．12．016波源对纵向模态导波在管道中传播的影响研究木胡剑虹唐志峰2吕福在潘晓弘姜晓勇(1．浙江大学现代制造工程研究所杭州310027；2．浙江大学数字技术及仪器研究所杭州310027；3．杭州浙达精益机电技术股份有限公司杭州310030)摘要：针对波源对纵向模态导波在管道中传播的影响问题，建立改进的管道纵向模态导波半解析有限元(Semi—analyticalf

2、initeelement，SAFE)模型，相对先前的SAFE模型，实现纵向模态导波的单独计算求解，提高了计算效率。在此基础上，利用正交模态展开法建立波源对纵向模态导波在管道中传播影响的数学模型，分析数学模型可以看到纵向模态导波的幅值取决于导波的波结构和波源特性。为论证波源对纵向模态导波在管道中传播影响的数学模型，通过数值计算和试验方法，从相同波源激励的不同纵向模态导波之间的幅值关系和不同波源激励的同一模态导波之间的幅值关系两个方面开展研究工作。对比数值计算结果和试验结果，说明建立的波源对纵向模态导波在管道中传播影响的数学模型是可信的。研究结论为设计合适的导波传感器实现在管道中

3、激励特定的纵向模态导波奠定了基础。关键词：改进的半解析有限元模型；纵向模态导波；管道；波源影响中图分类号：0347；U216SourceInfluenceAnalysisofLongitudinalModeGuidedWavesPropagatinginPipelineHUJianhongTANGZhifeng·LOFuzaiPANXiaohongJIANGXiaoyong(1．InstituteofAdvancedManufacturingEngineering，ZhejiangUniversity,Hangzhou310027；2．InstituteofAdvancedD

4、igitalTechnologiesandInstrumentation，ZhejiangUniversity,Hangzhou310027；3．HangzhouZhedaJingyiElectromechanicalTechnologyLimitedCompany,Hangzhou310030)Abstract：Theimprovedsemi—analyticalfiniteelement(SAFE)modelforlongitudinalmodeguidedwavesinpipelineisbuilttoresearchthesourceinfluenceonlongit

5、udinalmodeguidedwaves．ComparingwithpreviousSAFEmodels，theimprovedSAFEmodelcancomputelongitudinalmodeguidedwavesindependently,whichsignificantlyimprovesthecomputationalefficiency．Themathematicalmodelforsourceinfluenceonlongitudinalmodeguidedwavesisbuiltbasedonthenormalmodeexpansiontechnique。

6、Themodelshowstheamplitudesoflongitudinalmodeguidedwavesdependonthewavestructuresofguidedwavesandthecharacteristicsofsources．Thenumericalcalculationsandexperimentsaredonetoresearchtwoquestions，oneistheamplituderelationshipsofdifferentlongitudinalmodeguidedwavesexcitedbythesamesource，theother

7、oneistheamplituderelationshipsofacertainmodelongitudinalmodeguidedwaveexcitedbydifferentsources．Theexperimentalresultsaccordwithnumericalones，whichshowsthecorrectnessofthemathematicalmode1．Theconclusionslaythefoundationsforexcitingacertainlongitudinalmod