初始应力与非线性弹性耦合作用下弹性波的传播特性研究OA

初始应力场与介质的非线性特性会影响弹性波在固体介质中的传播行为,准确表征受初始应力介质中弹性波的传播规律对于应力无损检测、结构健康监测及地球物理勘探等具有重要的意义.目前研究对初始应力相关的几何非线性(有限变形)与物理非线性如何影响弹性波的传播还缺乏清晰认识.本研究基于声弹性理论,建立了耦合有限的初始变形与物理非线性的弹性波传播理论框架,并通过摄动近似方法获得体波相速度的近似解析解,为快速计算受初始应力介质中弹性波的传播提供有效手段.此外,通过求解平面波的特征方程并进行对比分析,系统揭示了初应力场与非线性弹性耦合效应作用下的弹性波传播规律.研究结果表明,初始应力对弹性波传播的影响是几何非线性效应与物理非线性效应竞争的结果.在拉伸初始应力作用下,几何非线性会使弹性波速度提高,而物理非线性会使弹性波速度降低.物理非线性效应使得初始应力产生更显著的体波相速度改变及横波各向异性,在7075-T651铝合金材料中,横波各向异性程度A S可达到2%~3%.