Программный комплекс WAVES-l для моделирования и визуализации волновых процессов в упругом слое
Автор: Глушков Евгений Викторович, Глушкова Наталья Вилениновна, Фоменко Сергей Иванович, Еремин Артем Александрович, Евдокимов Александр Александрович, Новиков Олег Игоревич
Рубрика: Программирование
Статья в выпуске: 1 т.12, 2019 года.
Бесплатный доступ
Приводится описание программного комплекса WAVES-L, предназначенного для быстрого и наглядного моделирования волновых полей, возбуждаемых заданными поверхностными нагрузками в упругом слое с тремя вариантами закрепления его нижней грани. В основу алгоритмов, реализованных в программном комплексе, положены явные интегральные представления решения соответствующих краевых задач и выведенные из них асимптотические представления для бегущих волн в дальней от источника зоне. В ближней зоне, в том числе и под источником, амплитудно-частотные характеристики суммарного волнового поля определяются с помощью численного интегрирования несобственных контурных интегралов. Реализована также возможность расчета дисперсионных характеристик и собственных форм каждой из возбуждаемых бегущих волн. Удобный графический интерфейс позволяет легко менять параметры модели и визуализировать частотные и пространственные зависимости волновых характеристик как для отдельных волн, так и для суммарного волнового поля. Программный комплекс может применяться при решении задач ультразвукового неразрушающего контроля и мониторинга состояния тонкостенных инженерных конструкций, а также использоваться в учебном процессе в рамках лабораторных занятий по профильным предметам. Приводятся снимки экрана программы и графики сравнения дисперсионных кривых с экспериментальными измерениями.
Упругий слой, нормальные моды, интегральные и асимптотические представления волновых полей, графический пользовательский интерфейс
Короткий адрес: https://sciup.org/147232917
IDR: 147232917 | УДК: 30-04 | DOI: 10.14529/mmp190109
Software package WAVES-l for simulation and visualization of wave processes in an elastic layer
The software package WAVES-L is intended for fast and interactive simulation of wavefields generated by a prescribed surface load in an elastic layer with three possible types of boundary conditions at the waveguide's bottom surface is considered. The algorithms realized in the programme are based on the explicit integral representations of the source-induced wavefields and corresponding asymptotic expansions for the guided waves propagating from the source to infinity. In the nearfield, including the points beneath the loading area, the amplitude-frequency characteristics of the total wavefield are computed using the numerical integration of improper contour integrals. The calculation of dispersion curves characteristics and eigenforms of guided waves is realized as well. WAVES-L is supplied with a user-friendly interface, which supports convenient change of the input parameters and provides demonstrative visualization of wavefield dependencies on frequency and spatial variables. The software package has a potential application in ultrasonic non-destructive testing and structural health monitoring of thin-walled engineering constructions. It can also be used in education, within the framework of laboratory classes in the corresponding specialization. The article presents examples of screenshots and graphs of experimental validation of the calculated results.
Список литературы Программный комплекс WAVES-l для моделирования и визуализации волновых процессов в упругом слое
- Giurgiutiu, V. Structural Health Monitoring with Piezoelectric Wafer Active Sensors / V. Giurgiutiu. - New York: Academic Press, 2014.
- Lammering, R. Lamb-Wave Based Structural Health Monitoring in Polymer Composites / R. Lammering, U. Gabbert, M. Sinapius, T. Schuster, P. Wierach. - Cham: Springer International Publishing, 2018.
- Michaels, J.E. Detection, Localization and Characterization of Damage in Plates with an in Situ Array of Spatially Distributed Ultrasonic Sensors / J.E. Michaels // Smart Materials and Structures. - 2008. - V. 17, № 3. - P. 1-15.
- Перов, Д.В. Локализация отражателей в пластинах при ультразвуковом контроле волнами Лэмба / Д.В. Перов, А.Б. Ринкевич // Дефектоскопия. - 2017. - Т. 4. - С. 27-41.
- Ворович, И.И. Динамические смешанные задачи теории упругости для неклассических областей / И.И. Ворович, В.А. Бабешко. - М.: Наука, 1979.
- Гринченко, В.T. Гармонические колебания и волны в упругих телах / В.T. Гринченко, В.В. Мелешко. - Киев: Наука, 1981.
- Глушков, Е.В. Возбуждение и распространение упругих волн в многослойных анизотропных композитах / Е.В. Глушков, Н.В. Глушкова, А.С. Кривонос // Прикладная математика и механика. - 2010. - Т. 74, № 3. - С. 419-432.
- Glushkov, E. Lamb Wave Excitation and Propagation in Elastic Plates with Surface Obstacles: Proper Choice of Central Frequencies / E. Glushkov, N. Glushkova, R. Lammering, A. Eremin, M. - N. Neumann // Smart Materials and Structures. - 2011. - V. 20, № 015020. - P. 1-11.
- Glushkov, E. Forced Wave Propagation and Energy Distribution in Anisotropic Laminate Composites / E. Glushkov, N. Glushkova, A. Eremin // Journal of the Acoustical Society of America. - 2011. - V. 129, № 5. - P. 2923-2934.
- Глушков, Е.В. Влияние пористости на характеристики волн рeлеевского типа в многослойном полупространстве / Е.В. Глушков, Н.В. Глушкова, С.И. Фоменко // Акустический журнал. - 2011. - Т. 57, № 2. - С. 234-245.
- Глушков, Е.В. Поверхностные волны в материалах с функционально-градиентными покрытиями / Е.В. Глушков, Н.В. Глушкова, С.И. Фоменко, Ч. Жанг // Акустический журнал. - 2012. - T. 58, № 3. - С. 370-385.
- Glushkov, E. Group Velocity of Cylindrical Guided Waves in Anisotropic Laminate Composites / E. Glushkov, N. Glushkova, A. Eremin, R. Lammering // Journal of Acoustical Society of America. - 2014. - V. 135, № 1. - P. 148-154.
- Свешников, А.Г. Принцип предельного поглощения для волновода / А.Г. Свешников // ДАН СССР. - 1951. - Т. 78, № 3. - C. 255-258.
- Глушкова, Н.В. Определение и учет сингулярных составляющих в задачах теории упругости: дис.. докт. физ. - мат. наук / Н.В. Глушкова. - Краснодар, 2000.
- Chapman, S.J. MATLAB Programming for Engineers / S.J. Chapman. - Toronto: Cengage Learning, 2016.
- Alleyne, D. A Two-Dimensional Fourier Transform Method for the Measurement of Propagating Multimode Signals / D. Alleyne // Journal of the Acoustical Society of America. - 1991. - V. 89, № 3. - P. 1159-1168.
