Page 246 - 《应用声学》2025年第3期
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第 44 卷 第 3 期                                                                       Vol. 44, No. 3
             2025 年 5 月                          Journal of Applied Acoustics                      May, 2025

             ⋄ 研究论文 ⋄



                纤维含量对复合圆管周向导波频散特性的影响                                                                    ∗





                                                 张保钦     1,2†  门 森     1,2


                                         (1 北京联合大学机器人学院机械工程系           北京   100027)
                                 (2 北京联合大学北京市智能机械创新设计服务工程技术研究中心                北京   100027)

                摘要：基于线性三维弹性理论，推导了横观各向同性圆管中的波动方程，采用 Legendre 正交多项式方法进行
                了计算。为了验证 Legendre 正交多项式方法的有效性，首先计算了各向同性圆管中的相速度频散曲线，并与
                商业软件 Disperse 产生的结果进行了比对，验证了该方法的可行性。根据细观力学理论，分析了横观各向同性
                圆管的弹性常数随纤维体积含量增加的变化特征，绘制并详细比较了不同纤维体积含量横观各向同性圆管的
                频散曲线随着纤维体积含量从 0% 增加到 100%，前三个主要模态频散曲线 A 0、SH 0 和 S 0 在频率 0.5 MHz 处的
                变化特征。S 0 和 A 0 的相速度在整个区域内单调增加，但当纤维体积含量等于 21% 时，SH 0 的相速度首先逐渐
                降低到 1233.37 m/s，然后不断增加；群速度表现出相同的规律。研究结果有助于对纤维树脂构成的复合材料
                圆管结构进行纤维含量评估和无损检测。
                关键词：横观各向同性圆管；周向导波；纤维体积含量；正交多项式
                中图法分类号: O348           文献标识码: A          文章编号: 1000-310X(2025)03-0780-09
                DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2025.03.027



                    Effect of fiber content on dispersion characteristics of circumferential

                                           guided wave in composite pipe


                                            ZHANG Baoqin   1,2  and MEN Sen 1,2

                                  (1 College of Robotics, Beijing Union University, Beijing 100027, China)
                            (2 Beijing Engineering Research Center of Smart Mechanical Innovation Design Service,
                                           Beijing Union University, Beijing 100027, China)

                 Abstract: Based on linear three-dimensional elasticity theory, the wave equations in transversely isotropic
                 pipe are derived and calculated with Legendre orthogonal polynomial approach. To verify the effectiveness
                 of the Legendre orthogonal polynomial approach, the phase velocity dispersion curves in isotropic pipe are
                 first calculated and compared with the results generated by the commercial software Dispersee to verify the
                 feasibility of the method. The variation characteristics of the elastic constant of the transverse isotropic
                 pipe with the increase of fiber volume content are analyzed according to the micromechanics theory, and
                 the dispersion curves of transverse isotropic pipe with different fiber volume contents are plotted and
                 compared in detail with the characteristics of the first three main modal dispersion curves, A 0, SH 0, and S 0,
                 at a frequency of 0.5 MHz as the fiber volume content is increased from 0% to 100%. The phase velocity
                 of S 0 and A 0 increases monotonically throughout the region, but when the fiber volume content is equal to 21%,


             2024-11-05 收稿; 2025-01-12 定稿
             北京市教委科技计划一般项目 (KM201911417008)
             ∗
             作者简介: 张保钦 (1976– ), 男, 河南长葛人, 讲师, 研究方向: 信号与信息处理。
             † 通信作者 E-mail: jdtbaoqin@buu.edu.cn
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