使用相场和有限元素方法对多孔多晶材料的超声波散射特征进行脱分析
Zixin Guo1, Yongfeng Song2, Xiongbing Li1
1School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, People's Republic of China.
Ultrasonics
|October 23, 2025
概括
了解在多孔材料中的超声波传播是关键. 这项研究分离了粒度和孔隙效应,发现线性组合模型准确预测速度和低频衰减,帮助未来的超声波散射模型.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 声学 声学 在声学方面
- 计算机建模 计算建模
背景情况:
- 多孔多晶材料在工业中至关重要,需要了解超声波的行为.
- 精确预测超声波衰减和速度对于材料的表征和应用至关重要.
- 现有的模型往往难以将谷物和毛孔结构的不同贡献解.
研究的目的:
- 为了研究低度 (<3%) 的多晶多孔材料中的超声波衰减和组速度.
- 开发和验证一种方法,以分离颗粒结构和孔状结构对超声波传播的影响.
- 评估微观结构参数和晶体异构性对超声波行为的影响.
主要方法:
- 利用相场方法生成不同的微结构模型:多孔多晶,仅有多孔,仅有多晶.
- 采用有限元模型来模拟超声波传播,并分析衰减和群体速度.
- 开发了一种脱方法,该方法基于从多孔和多晶模型的结果的线性组合.
主要成果:
- 线性组合方法准确地接近低频率的超声波衰减.
- 更高的频率和更大的微观结构参数在使用脱方法的衰减预测中引入了错误.
- 在使用线性组合模型的频率上,群体速度预测始终准确.
- 发现晶体异性质,特别是泽纳异性质指数,加剧了微观结构之间的合效应.
结论:
- 拟议的脱方法有效地分离了颗粒和孔状结构对超声波传播的影响.
- 线性组合模型提供了超声波速度和多孔多晶材料中低频衰减的有价值的近似值.
- 这项研究为开发复杂材料中的超声波散射更精确的理论模型奠定了基础.
