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通过倾斜界面耦合的弹性层散射能量计算模型的混合求解方法
1
作者
李欣然
陕耀
周顺华
《力学学报》
北大核心
2025年第4期969-986,共18页
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁运营关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,采用模态叠加法...
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁运营关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,采用模态叠加法+有限差分法的混合求解方法构建倾斜界面耦合刚性基弹性层散射计算模型,该模型优势体现在设置有限差分区域有效模拟弹性层材料非均匀变化的同时,保留了两侧连续介质区,这样可在实现网格数量控制的同时,获取各导波模式散射系数并由此分析反射及透射场各导波模式对能量的分配及运载情况,模型两类区域间建立的数学关系也可成功反映模型计算精度与参与计算导波模式数量间正向关系.结果表明:当弹性层耦合界面由垂直转为倾斜后,使原本占据主体能量的透射场基阶模式导波能量发生转移,界面偏转越多,散射场能量的分配越分散,这直接体现在透射场基阶模式能量占比下降上;入射波入射锐角界面时,反射场及透射场的高阶模式导波容易获得更多的能量;在高阶模式导波波函数值沿弹性层厚度起伏分布特征作用下,高阶模式导波分配到更多能量的原因可能与导波复杂传播方向与其位移活跃区间产生更多匹配有关.
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关键词
高铁过渡段
散射能量
导波模式叠加
有限差分
混合方法
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职称材料
双介质耦合刚性基弹性层平面应变型导波模式及界面散射能量分配
被引量：
1
2
作者
陕耀
李欣然
周顺华
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期1124-1137,共14页
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁路基设计的关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.文章将轨下基础简化为上表面自由、底端固定的刚性基弹性层,将高铁过渡段车致弹性波传...
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁路基设计的关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.文章将轨下基础简化为上表面自由、底端固定的刚性基弹性层,将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,建立双介质耦合刚性基弹性层平面应变模型,优化该类波导结构频散方程在复平面求根方法,并结合岩土类介质特征展开刚性基弹性层频散分析,以明确其多模式导波特性及散射能量分配,最后,围绕弹性层厚度、刚度比等影响因素开展对比分析.结果表明:刚性基弹性层各模式导波均具有截止频率,弹性层厚度越小,杨氏模量越大,各阶导波模式的截止频率越高;入射波在双介质刚性基弹性层发生散射后,透射场基阶模式导波会占据主体能量,随着高阶导波模式被逐一激发,反射场及透射场高阶模式能量占比会在全频率范围呈现“此消彼长”状态;交换两侧弹性层材料,改变弹性层厚度及两弹性层刚度比不会显著改变能量分布规律,但总体来看,能量更易集中在较软侧弹性层中,各模式导波在激发初始频段会更为活跃,可分配到更多能量.
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关键词
高铁过渡段
刚性基弹性层
散射场
导波模式
能量分配
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职称材料
题名
通过倾斜界面耦合的弹性层散射能量计算模型的混合求解方法
1
作者
李欣然
陕耀
周顺华
机构
同济大学
出处
《力学学报》
北大核心
2025年第4期969-986,共18页
基金
国家自然科学基金资助项目(52378458).
文摘
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁运营关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,采用模态叠加法+有限差分法的混合求解方法构建倾斜界面耦合刚性基弹性层散射计算模型,该模型优势体现在设置有限差分区域有效模拟弹性层材料非均匀变化的同时,保留了两侧连续介质区,这样可在实现网格数量控制的同时,获取各导波模式散射系数并由此分析反射及透射场各导波模式对能量的分配及运载情况,模型两类区域间建立的数学关系也可成功反映模型计算精度与参与计算导波模式数量间正向关系.结果表明:当弹性层耦合界面由垂直转为倾斜后,使原本占据主体能量的透射场基阶模式导波能量发生转移,界面偏转越多,散射场能量的分配越分散,这直接体现在透射场基阶模式能量占比下降上;入射波入射锐角界面时,反射场及透射场的高阶模式导波容易获得更多的能量;在高阶模式导波波函数值沿弹性层厚度起伏分布特征作用下,高阶模式导波分配到更多能量的原因可能与导波复杂传播方向与其位移活跃区间产生更多匹配有关.
关键词
高铁过渡段
散射能量
导波模式叠加
有限差分
混合方法
Keywords
transition zones of high-speed railway
scattered energy
guided wave mode superposition
finite difference
hybrid method
分类号
O343.1 [理学—固体力学]
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职称材料
题名
双介质耦合刚性基弹性层平面应变型导波模式及界面散射能量分配
被引量：
1
2
作者
陕耀
李欣然
周顺华
机构
上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室
同济大学路与交通工程教育部重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第5期1124-1137,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(51708424).
文摘
过渡段动力稳定性问题已成为制约400 km/h及以上高铁路基设计的关键难题,亟需从波动和能量的角度探究由基础非均匀引发的线路系统动力响应放大机理.文章将轨下基础简化为上表面自由、底端固定的刚性基弹性层,将高铁过渡段车致弹性波传播问题提炼为非均匀介质刚性基弹性层中波的散射问题,建立双介质耦合刚性基弹性层平面应变模型,优化该类波导结构频散方程在复平面求根方法,并结合岩土类介质特征展开刚性基弹性层频散分析,以明确其多模式导波特性及散射能量分配,最后,围绕弹性层厚度、刚度比等影响因素开展对比分析.结果表明:刚性基弹性层各模式导波均具有截止频率,弹性层厚度越小,杨氏模量越大,各阶导波模式的截止频率越高;入射波在双介质刚性基弹性层发生散射后,透射场基阶模式导波会占据主体能量,随着高阶导波模式被逐一激发,反射场及透射场高阶模式能量占比会在全频率范围呈现“此消彼长”状态;交换两侧弹性层材料,改变弹性层厚度及两弹性层刚度比不会显著改变能量分布规律,但总体来看,能量更易集中在较软侧弹性层中,各模式导波在激发初始频段会更为活跃,可分配到更多能量.
关键词
高铁过渡段
刚性基弹性层
散射场
导波模式
能量分配
Keywords
transition zones in high-speed railway
elastic layer with rigid base
scattered field
guided wave mode
energy distribution
分类号
O343.1 [理学—固体力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
通过倾斜界面耦合的弹性层散射能量计算模型的混合求解方法
李欣然
陕耀
周顺华
《力学学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
双介质耦合刚性基弹性层平面应变型导波模式及界面散射能量分配
陕耀
李欣然
周顺华
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
1
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职称材料
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