1.2 项目的研究现状

1.3主要研究内容

本项目的主要内容是研究多孔介质对棒中超声导波传播特性的影响。首先，需要掌握棒中导波传播的相关理论。利用波在棒中的传播理论，改变棒材的边界条件，建立新的特征方程。通过计算研究由于能量泄露到周围介质中引起的导波衰减，绘制出衰减频散曲线，选择合适的导波模态和频率用于后续的实验探究。

分析不同模态下导波的衰减情况，选取合适的导波模态以及频率进行实验，检验导波测试土壤性质的潜力。在选取合适的导波模态与频率后，利用ABAQUS软件进行有限元模拟分析。建立导波在金属棒中传播的模型，根据实际情况将导波信号转换为相应的载荷施加到棒材上，模拟棒材在空气中导波的传播以及在土壤中导波的传播。在研究土壤对棒中导波传播特性影响的时候，改变土壤特性观察导波的变化情况。模拟过程中通过采集金属棒中各结点的波信号分析导波传播特性的变化。最终，通过有限元模拟的结果导出数据，计算出导波的波速、衰减等，分析其所受的影响。

在模拟实验的同时还需要进行实物测试。架构实验平台，对金属棒中导波传播进行实验分析。在实验室，利用示波器，信号发射器，放大器等检测金属棒中导波的传播。制备相应的实验器材，通过在钢棒两端面粘贴压电片进行导波信号的发射与接收。首先，将钢棒置于空气中，连接设备检测导波传播，与模拟结果比较。通过有限元模拟多组多孔介质中金属棒导波传播特性的结果分析土壤性质与导波传播特性变化的关系。在实验室中，将钢棒放置在土壤中进行实验。实验中的土壤性质需要在模拟数据范围内，通过实验装置检测埋于土壤中的金属棒中导波传播特性。从而结合实验与模拟结果，分析多孔介质对导播传播特性的影响，验证模拟结果是否具有可靠性。总结出土壤特性变化引起的导波传播特性变化规律，从而由导波变化观察土壤性质的不同，检验利用超声导波检测土壤特性的潜力。