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超声导波在粘弹性介质中传播与能量衰减的特性研究的开题报告
一、研究背景
超声导波技术是一种基于超声原理，在材料或结构中利用声波的模式传播，进行缺陷或损伤检测、结构监测与诊断的一种先进的无损检测方法。随着材料和结构的多样性、较高安全要求的提出，超声导波技术受到越来越广泛的关注。目前已被广泛应用于铸造、航空、航天、汽车、建筑、桥梁、管道等领域。
然而在实际应用过程中，超声导波在传播过程中会受到各种因素的干扰，其中包括材料或结构的粘弹性特性，这种特性将造成声波在传播过程中的能量衰减。因此，对超声导波在粘弹性介质中的传播与能量衰减特性进行研究成为当前的一个热点和难点。
二、研究目的和意义
本研究旨在通过理论分析和实验研究，探究超声导波在粘弹性介质中的传播与能量衰减特性，以期深入了解超声导波检测中声波与介质相互作用的本质，对提高超声导波技术在材料和结构检测中的应用效果具有重要的理论和实际意义。
三、研究内容和方法
1.粘弹性介质的建模方法选择：本研究将采用Kelvin-Voigt模型，该模型将材料分为弹性和粘性两个部分，并且具有时间依赖性。
2.声波在粘弹性介质中的传播特性研究：基于Kelvin-Voigt模型，在超声导波场中采用有限元法，研究声波在不同粘性介质中的波长及其传播速度变化、模态转移和模态耦合等特性。
3.能量衰减特性研究：对声波在超声导波场中传播过程中的能量损失机制进行模拟分析，研究声波波幅与传播距离的变化规律，探究其与介质的粘性、损伤程度等因素之间的关系。
4.实验验证：在实验室中，搭建适当的粘弹性介质模型并应用实验验证研究结论。
四、研究预期成果
本研究主要预期达到以下成果：
1.探究超声波在粘弹性介质中的传播与能量衰减机理。
2.理论分析和实验研究相结合，确定超声波在不同材料和结构中的参数。
3.为实现超声导波技术在材料和结构检测中的应用提供理论基础和实验依据。
五、研究进度安排
本研究拟在2021年11月至2022年11月期间开展，共计12个月。进度安排如下：
1.前3个月：文献调研和理论分析。
2.中间4个月：数值模拟和分析。
3.后5个月：建立实验模型，实验检测与结果分析。
4.最后一个月：撰写毕业论文。
预计研究总进度安排如下表所示：
|任务|11月|12月|1月|2月|3月|4月|5月|6月|7月|8月|9月|10月|11月|
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|文献调研和理论分析|√|√|√||||||||
|数值模拟和分析||||√|√|√|√|||||
|建立实验模型||||||√|√|√|||||
|实验检测与结果分析|||||||||√|√|√|√||
|撰写毕业论文||||||||||||√|√|
六、参考文献
1.Y.Zhou,StudyofUltrasoundPropagationinCompositeMaterials,Dissertation,FloridaStateUniversity,Florida,USA,2014.
2.S.E.Salami,O.A.Bello,andO.D.Makinde,“Modelingandsimulationofnonlinearultrasonicwavesinadispersiveviscoelasticmedium,”JournalofAppliedPhysics,vol.120,no.17,p.174902,2016.
3.J.W.Lee,Y.H.Cho,andJ.S.Kim,“Frequency-dependentamplitudedecayofultrasonicwaveinsoftbiologicaltissue,”Ultrasonics,vol.51,no.4,pp.482-487,2011.