纖維繞線複合材料圓管的彈性波波傳

Abstract

圓管導波是一種頻散波，其波速隨著頻率的不同而改變，有關之波傳及訊 號分析對於軸對稱複合材料圓管的超音波非破壞評估及音洩源的定位計算 ，具有極重要的研究價值。本文的頻散特性研究，可供複合材料積層圓管 的超音波非破壞檢測應用於評估材料性質以及偵測缺陷位置的參考。本論 文探討纖維繞線複合材料圓管的頻散波特性。在理論解析部份，假設位移 向量分別為徑向、圓管軸向及時間的函數，以位移向量為未知數，在圓管 的厚度方向作有限元素分割，將一個週期內的應變位能及動能平均值表成 一個泛函數，應用漢彌頓原理，考慮圓管內外徑之表面曳力為零的邊界條 件，由其一次變分為零，求得圓管波傳頻率及波數相依的頻散方程式，並 以QZ演算法數值求解特徵值，建立頻散曲線。複合材料圓管導波的頻散曲 線實驗量測，是在圓管表面折斷鉛筆芯產生瞬間脈波，並在圓管表面、沿 波傳方向，一前一後置放兩枚同型的接觸式音洩探頭，量測兩組波形訊號 ，經快速傅立葉轉換到頻率域，計算兩者間的相位差，獲得複合材料圓 管 的頻散曲線。