[发明专利]一种计算各向异性层压板任意方向传播超声导波频散特性的方法

权利要求书

1.一种计算各向异性层压板任意方向传播超声导波频散特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1.基于部分波理论，得到板结构三个方向的位移矢量分量表达式，将三维求解问题简化为一维求解，基于虚功原理，对波动控制方程的两边乘以测试函数并在所求的域上积分，推导板结构波动控制方程的弱形式以及在各向异性材料下的弱形式方程展开式；

1.2.构建层压板结构的一维有限元模型，利用线段间隔定义多段线，每段线段的尺寸对应层压板结构每层的厚度尺寸；

1.3.设置有限元计算所需要的参数：刚度张量(C_ij)、层压板厚度(a)、扫描的波数k(或角频率ω)以及波矢量分量的系数K_x和K_y，参数K_x和K_y用于定义归一化的波矢量在板平面内的传播方向；

1.4.对于不同材料铺设方向的结构层，定义多个弱形式偏微分方程，并根据不同材料所在的结构层分别指定到各自的域；

1.5.预估有限元网格尺寸，并划分网格；

1.6.添加波数(或角频率)的参数化扫描，设置扫描范围，并计算特征值；

1.7.根据相速度公式V_p＝2πf/k和群速度公式V_g＝2πΔf/Δk，分别计算相速度和群速度并绘制频散曲线；

其中，f为频率；k为波数；Δf为同一模态下相邻频率点之差；Δk为相邻波数之差；

1.8.在有限元软件的计算结果中，根据选定频率下不同方向的位移量分别绘制不同方向的波结构图。

2.根据权利要求1所述一种计算各向异性层压板任意方向传播超声导波频散特性的方法，其特征在于：所述的波导结构为具有各向异性特性的多层板结构，且超声导波的传播方向可沿多层板的x-y平面内任意方向传播。

3.根据权利要求1所述一种计算各向异性层压板任意方向传播超声导波频散特性的方法，其特征在于，所述基于部分波理论，得到板三个方向的位移矢量分量的表达式，如下式：

4.根据权利要求1所述一种计算各向异性层压板任意方向传播超声导波频散特性的方法，其特征在于，所述波矢分量的系数K_x和K_y用于定义归一化的波矢量在板平面内的传播方向，具体为：假设超声导波沿板平面的传播角度为θ，Kx＝cosθ，Ky＝sinθ。