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基于横波的三维超前地质预报方法及应用

铁道工程学报 2022年第10期39卷 30-36页

作者：蔡盛中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

研究目的:针对现阶段隧道地震反射波法超前地质预报多以二维预报为主、准确率不高的问题,提出一种有效的三维地震反射波超前地质预报观测方式,在此基础上进行数据处理与成像的成套技术研究,通过数值模拟和物理实验对其进行可行性与可靠... 详细信息

研究目的:针对现阶段隧道地震反射波法超前地质预报多以二维预报为主、准确率不高的问题,提出一种有效的三维地震反射波超前地质预报观测方式,在此基础上进行数据处理与成像的成套技术研究,通过数值模拟和物理实验对其进行可行性与可靠性验证,使其能有效地应用于隧道超前地质预报生产项目中。研究结论:(1)从弹性波基本理论出发,采用锤击震源,提出了基于横波的三维地震波超前地质预报观测系统,其相较于传统采用纵波预报的方法,分辨率更高,对水体更敏感;(2)实现了基于Kirchhoff积分的偏移成像方法,其利用能量叠加准则进行三维速度扫描,并采用快速行进法进行走时计算,不受观测系统的限制,计算效率高,不需要很精确的速度模型也能得到较精确的偏移成像结果;(3)实现了隧道三维地震波场有限差分数值模拟,并且建立不同倾角岩性分界面、不同厚度断层及不同直径溶洞等典型不良地质模型,分析并总结其三维成像特征;(4)通过物理模型以及应用案例验证,本文所述方法具有可行性与可靠性,可在隧道超前地质预报中推广应用。

关键词：地质预报横波 Kirchhoff 数值模拟物理模型

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基于电磁超声横波的管道剩余厚度检测

北京航空航天大学学报 2022年第9期48卷 1767-1773页

作者：徐立军刘福禄丁一清李正勇谢跃东北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 北京航空航天大学沈元学院北京100083 上海航天动力技术研究所上海200000

为实现管道剩余厚度的精确检测,设计了一种基于电磁超声横波的非接触式管道厚度检测系统。采用自研的电磁超声大功率激励源与换能器产生测厚横波,并由接收器对回波电压信号进行实时滤波和处理,得到铝制管道的精确剩余厚度。针对电磁超... 详细信息

为实现管道剩余厚度的精确检测,设计了一种基于电磁超声横波的非接触式管道厚度检测系统。采用自研的电磁超声大功率激励源与换能器产生测厚横波,并由接收器对回波电压信号进行实时滤波和处理,得到铝制管道的精确剩余厚度。针对电磁超声回波的小信号和低信噪比对激励线圈参数进行优化,在此基础上对横波声束在圆形管道界面辐射特性进行分析。根据换能器线圈匝数、线圈宽度分别为回波信号峰峰值和信噪比的最大影响因子,设计优化后检测换能器并实现了误差小于0.2%的剩余厚度检测。

关键词：管道剩余厚度电磁超声换能器换能器声束辐射横波

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横波检测圆柱内部不同角度缺陷的数值模拟

应用激光 2023年第8期43卷 122-130页

作者：贺旭文郭华玲郑宾刘辉崔缙贾庸斌中北大学电气与控制工程学院山西太原030051

针对小口径金属圆柱内部不同角度缺陷的检测,通过有限元方法对铝圆柱中横波的传播特性进行研究。通过横波方向性的研究确定横波的能量范围,在横波的主要能量范围设置内部不同角度的人工矩形缺陷,通过B-scan的方法对PRS波(与缺陷作用的... 详细信息

针对小口径金属圆柱内部不同角度缺陷的检测,通过有限元方法对铝圆柱中横波的传播特性进行研究。通过横波方向性的研究确定横波的能量范围,在横波的主要能量范围设置内部不同角度的人工矩形缺陷,通过B-scan的方法对PRS波(与缺陷作用的一次反射横波)的传播特性进行研究。通过对PRS波出现的扫查角度范围进行统计研究,确定PRS波的最佳探测角β(扫查角度范围内PRS波幅值最大的扫查角度)。根据扫查角度范围内最大幅值PRS波的到达时间与缺陷角度α关系对α角进行了反演,α角为30°时误差最大,误差为0.025,其他缺陷角度下误差均小于0.02。利用PRS波的扫查角度范围和最佳探测角β完成不同α角下PRS波的可视化,提出一种通过提取能量点评估α角的方法。以上研究结果为激光超声检测柱状材料内部缺陷提供了一定的参考。

关键词：激光超声横波柱状材料内部缺陷角度数值模拟

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横波电磁超声相控阵换能器设计

电工技术学报 2019年第7期34卷 1441-1448页

作者：翟国富梁宝贾文斌杨金旭汪开灿哈尔滨工业大学电器与电子可靠性研究所哈尔滨150001

针对横波电磁超声相控阵换能器声场分布特征不明确的问题,采用有限元方法仿真分析不同换能器设计参数下横波声束偏转特征变化规律,据此提出横波电磁超声相控阵换能器设计方法。研究表明,横波位移分布受频率影响较小,但受阵元宽度影响明... 详细信息

针对横波电磁超声相控阵换能器声场分布特征不明确的问题,采用有限元方法仿真分析不同换能器设计参数下横波声束偏转特征变化规律,据此提出横波电磁超声相控阵换能器设计方法。研究表明,横波位移分布受频率影响较小,但受阵元宽度影响明显。其中,0.2 mm阵元宽度激发产生的横波在±35°范围内位移分布平稳,随着阵元宽度的增加,横波能量朝向0°位置聚集。考虑到平稳位移分布更有利于保证相控阵换能器缺陷检测精度,因此采用0.2mm阵元宽度设计横波电磁超声相控阵换能器。此外,阵元间距选择和声束偏转角度控制的研究结果能够为横波电磁超声相控阵换能器设计提供快速、准确的指导。最后,实验验证了仿真模型的有效性。

关键词：电磁超声换能器相控阵横波声场分布声束偏转特征

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对称指数地形水槽内纵波和横波解析解研究

海洋学报 2023年第6期45卷 44-51页

作者：谢蓉熊焱童朝锋王岗河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098

水槽实验通常用于波浪传播变形及防波堤护面块体稳定性等研究,涉及的波要素沿水槽纵向变化且在垂直于水槽的横向保持不变。然而实验中当波长与水槽宽度满足一定关系时,可能出现明显的横向波动现象。本文针对对称指数型隆起地形,基于线... 详细信息

水槽实验通常用于波浪传播变形及防波堤护面块体稳定性等研究,涉及的波要素沿水槽纵向变化且在垂直于水槽的横向保持不变。然而实验中当波长与水槽宽度满足一定关系时,可能出现明显的横向波动现象。本文针对对称指数型隆起地形,基于线性长波方程分别推导了其内沿水槽方向的纵波与垂直于水槽方向的横波的解析表达。水槽内对称指数地形上的纵波可以表示为第一类和第二类一阶贝塞尔函数的形式,并结合自由水面及速度连续条件最终得到其完整解。对称指数地形上分别存在偶对称和奇对称模态的横波,可表示为第一类ν阶贝塞尔函数的形式。偶对称模态(n,m)沿水槽方向有n条波节线,在垂直于水槽方向存在2m条波节线;奇对称模态(n,m)沿水槽方向存在n条波节线而在垂直方向有2m-1条波节线。

关键词：横波解析理论波浪水槽指数地形

联合EMD和分数阶Fourier变换的裂缝性火成岩地层纵波和横波时频特征

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中国石油大学学报（自然科学版） 2021年第6期45卷 60-71页

作者：徐方慧王祝文王文华齐兴华崔裔曈韩锐羿吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026 吉林大学地球科学学院吉林长春130021

为了研究裂缝性火成岩地层中纵波和横波的时频特征,联合经验模态分解(EMD)和分数阶Fourier变换对阵列声波测井信号进行滤波。首先通过EMD得到高频的IMF,再利用分数阶Fourier变换的旋转特性分离高频IMF中的纵波和横波,得到不同角度裂缝... 详细信息

为了研究裂缝性火成岩地层中纵波和横波的时频特征,联合经验模态分解(EMD)和分数阶Fourier变换对阵列声波测井信号进行滤波。首先通过EMD得到高频的IMF,再利用分数阶Fourier变换的旋转特性分离高频IMF中的纵波和横波,得到不同角度裂缝对应的纵波和横波Choi-Williams分布。结果表明:联合EMD和分数阶Fourier变换能有效改善纵、横波的时频耦合;相对于致密地层,裂缝性火成岩地层中的纵波和横波均幅值衰减、主频降低,同时速度减小。一般地,纵波幅值衰减与裂缝倾角呈正相关,横波幅值则相反;对于低角度裂缝,横波比纵波更敏感;纵波和横波主频在低角度裂缝和高角度裂缝地层中的差别不大;纵波和横波的速度在穿过低角度裂缝后降低更严重。

关键词：裂缝性火成岩地层纵波横波时频特征 EMD和分数阶Fourier变换 Choi-Williams分布

基于横波检测柱状材料内部缺陷的数值模拟研究

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应用激光 2022年第5期42卷 109-119页

作者：崔缙郭华玲郑宾刘辉张钰龙邓祎昕贺旭文中北大学电气与控制工程学院山西太原030051

小口径金属圆柱体的缺陷检测是无损检测领域的一个难题。通过有限元方法对金属圆柱中横波传播特性以及与缺陷作用机理进行数值模拟。探究了横波的方向性变化、圆孔缺陷半径对横波传播影响、不同位置和不同长度的缺陷对横波传播的影响。... 详细信息

小口径金属圆柱体的缺陷检测是无损检测领域的一个难题。通过有限元方法对金属圆柱中横波传播特性以及与缺陷作用机理进行数值模拟。探究了横波的方向性变化、圆孔缺陷半径对横波传播影响、不同位置和不同长度的缺陷对横波传播的影响。研究表明横波在传播过程中主要能量范围由15°~36°变为20°~35°,提出了近似正三角形的传播路径并进行验证,发现横波到达表面后发生模态转换,一部分声波以略面纵波的速度沿表面传播;对于圆孔缺陷,圆孔半径在3.4~4.6mm范围内可通过幅值变化判断孔径信息,半径在4.6~5.8mm范围内可通过接收时间判断孔径信息;对于不同位置的矩形缺陷,当缺陷进入到横波主要能量范围内,C扫图中出现近似线性的高能量区域,探测角度随着缺陷位置增加而增大,此范围内的缺陷可通过反射信号的探测角度判断位置信息;对于不同长度的矩形缺陷,随着缺陷长度增加,透射波能量减弱并且探测角度减小,呈现出近似线性的能量分布,通过探测透射波到达外表面的角度可判断缺陷长度信息。提出了相应的传播路径和长度计算公式,计算结果得到的误差百分比控制在6.5%以内,验证了该缺陷长度检测方法的有效性。

关键词：横波柱状材料激光超声内部缺陷数值模拟

微裂缝对横波衰减影响的实验研究及其在致密砂岩裂缝评价中的应用

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中国石油大学学报（自然科学版） 2020年第1期44卷 45-52页

作者：蔡明章成广韩闯杨博唐军郑恭明长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室湖北武汉430100 长江大学地球物理与石油资源学院湖北武汉430100 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院新疆库尔勒841000

针对致密砂岩储层微裂缝评价问题,采用物理实验手段研究孔隙度不同的3组岩心样品在不同裂缝宽度条件下横波的衰减情况,分析微米级裂缝宽度对横波衰减的影响规律,并将其应用于致密砂岩储层裂缝张开度测井评价。根据实验研究结果,建立微... 详细信息

针对致密砂岩储层微裂缝评价问题,采用物理实验手段研究孔隙度不同的3组岩心样品在不同裂缝宽度条件下横波的衰减情况,分析微米级裂缝宽度对横波衰减的影响规律,并将其应用于致密砂岩储层裂缝张开度测井评价。根据实验研究结果,建立微裂缝等效宽度与裂缝横波衰减系数之间的关系式。结果表明:横波衰减系数随裂缝宽度的增加有规律地增大;另外,同等裂缝条件下孔隙度较小的岩心样品对应的裂缝横波衰减系数相对更大,且随裂缝宽度变化更快,说明横波衰减系数对微裂缝宽度变化更敏感;由裂缝横波衰减计算的微裂缝等效宽度与电成像解释成果图中显示的裂缝发育程度吻合较好,证实了方法的可行性和正确性。

关键词：致密储层裂缝横波衰减测井

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横波静校正方法研究及应用实例

横波静校正方法研究及应用实例