3.2.2分析步定义及输出要求设定-19

3.2.3载荷及边界条件设置-19

3.2.4金属棒网格划分-20

3.2.5求解和后处理-21

3.3埋于多孔介质中金属棒中导波的有限元模拟-22

3.3.1模型的创建及参数分配-23

3.3.2部件相互作用设定-24

3.3.3载荷及边界条件设定-25

3.3.4土壤介质的网格划分-25

3.3.5有限元模拟结果分析-26

第四章金属棒中导波传播的相关实验分析--28

4.1金属棒中导波传播的相关实验测试装置-28

4.2位于空气中的金属棒导波传播特性测试-30

4.3埋于土壤中的金属棒导波传播特性测试-32

第五章结论与展望-34

5.1工作总结-34

5.2展望-34

致谢-36

参考文献36

第一章绪论

1.1 项目研究的意义

导波作为一种无损检测与评价技术，因其具有检测范围大、检测效率高的特点而备受关注。最为常见的便是管材和板材的超声无损检测。随着对导波传播机理和激励方法的深入研究，导波检测技术在工程结构的检测与评价方面得到了广泛应用[1]。如今，超声导波检测普遍应用于检查工程结构，特别是工业工程中的金属管道的检验。另外，导波检测在棒材、铁轨和金属平板结构等方面的应用也十分广泛。超声导波检测是无损检测中重要的方法之一，这种方法采用机械应力波沿着延伸结构传播。导波无损检测的优点便是传播距离长且衰减小，可以用来进行远程检查。但是，当检查对象被多孔介质包围时，由于能量泄露以及介质特性的影响导致的导波衰减会变大。导波衰减对检查范围和信噪比有着显著影响，从而导致导波检测的不准确。考虑到能量衰减和多孔介质的特性选择适当的导波模态和频率对棒中导波的传播特性研究是非常重要的。

本项目中，在对空气中棒中超声导波传播特性研究的基础上，改变棒材的边界条件，研究当金属棒埋入多孔介质时多孔介质对棒中超声导波传播特性的影响。由此，可以选择合适的导波进行被多孔介质包围的棒材质量好坏的超声导波无损检测。通过研究多孔介质对棒中超声导波传播特性的影响，可以在无损检测工作中选择合适的导波模态和频率进行检测。同时也可以在此基础上借助导波的传播特性变化对棒材周围的多孔介质的特性进行检测。

在选取合适的导波模态和频率的基础上，通过改变土壤密度，孔隙率等特性观察棒中导波的变化。可以通过直观的了解波速变化以及导波的衰减情况去分析土壤的相关性质，通过联系两者之间的关系，发掘导波检测土壤性质的潜力。

计算机时代给人类的生活带来了诸多便利，可以通过计算机模拟真实事件，给参数化研究提供了可能，同时也大大地节约了人力和物力。本项目中，利用计算机模拟土壤性质改变对棒中导波传播特性的影响来绘制两者之间的关系曲线，并且利用真实实验进行验证，观察曲线是否符合实际情况。如果实验的结果与模拟相一致，那么便可以大胆的利用这个曲线关系，通过导波检测去监测土壤性质。这对于土壤性质检测的方法又是一大突破。

借此，我们可以展望超声导波在农业领域的应用。利用超声导波便捷地测量土壤特性，用于农业生产以及沙漠探究等领域。这对于现代农业生产具有重大意义。超声导波检测土壤特性的便捷性可以为农业生产带来很大的进步。同时可以克服传统的取样进实验室进行土壤性质的分析，只需要到实地，插入金属棒，利用导波检测分析土壤特性。从这层意义上讲，超声导波的应用领域也会由此变得更加宽泛。