文档介绍：工学博士学位论文
复杂结构声波电磁波层析成像
方法和应用研究
METHOD AND APPLICATION OF ACOUSTIC AND
IC WAVE TOMOGRAPHY FOR
COMPLEX STRUCTURES
于师建
哈尔滨工业大学
2008 年 12 月
国内图书分类号:TB52+9
国际图书分类号:
工学博士学位论文
复杂结构声波电磁波层析成像
方法和应用研究
博士研究生:于师建
导师:刘家琦教授
申请学位级别:工学博士
学科、专业:一般力学与力学基础
所在单位:般天科学与力学系
答辩日期:2008 年 12 月 22 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TB52+9
:
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
METHOD AND APPLICATION OF
ACOUSTIC AND IC
WAVE TOMOGRAPHY FOR
COMPLEX STRUCTURES
Candidate: Yu Shijian
Supervisor: Prof. Liu Jiaqi
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: General and Basic Mechanics
Affiliation: Dept. of Astronautics Science and Mechanics
Date of Oral Examination: December. 22th, 2008
University: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
声波和电磁波探测技术在水电、铁路、煤炭、石油及建筑等领域中作为
工程地质勘查、岩体工程稳定性研究、工程质量无损检测、工程安全评价等
方面的一种重要技术手段发挥了非常重要的作用。实际大型工程地质探测的
特殊性要求探测仪器和数据处理方法能够适应大尺度复杂结构体的高分辨率
探测。基于此,在声波探测仪器、声波层析成像正反演算法和实际探测应用
以及电磁波衰减时频特性方面开展了系统的研究。
第 1 章概述了层析成像的发展历史和常见的几种图像重建算法;重点分
析了目前声波、地震波射线追踪算法的发展现状,指出了开展三角网射线追
踪研究的意义。针对矿井电磁波透视存在的问题,指出了在频域内开展电磁
波衰减特性研究的意义。
第 2 章首先给出了大透距声波探测仪的系统组成、性能指标及大功率超
磁声波换能器的结构和特点;其次详细叙述了仪器采集系统的信号采集、显
示及信号处理等各项操作功能;最后给出了在顶煤厚度探测和大跨度混凝土
结构无损检测中的应用实例。
第 3 章围绕着二维复杂区域的三角剖分,根据剖分区域点、线、面的拓
扑关系,遵循 Delaunay 三角剖分的优化准则实现了适合复杂二维区域特
点、地球物理正反演要求的三角网剖分算法,并且在生成节点和网格的同
时,考虑了密度控制函数,实现了自适应功能。
第 4 章提出并研究了复杂结构三角网射线追踪全局算法。在第 2 节定义
了三角单元射线追踪的拓扑关系及相关概念;从波前邻域点最小走时计算及
相应次级源的选定、波行面扩展和波传播路径的向源检索三个方面论述了节
点次级源近似全局算法;实际次级源检索采用了双曲线近似全局算法。在第
3 节给出了三种不同类型模型的射线追踪结果,并对二水平层介质模型的理
论计算结果与数值模拟结果进行了比较。
第 5 章叙述了声波层析成像的基本理论,讨论了基于三角网的射线层析成
像图像重建技术。对不规则区域内含有薄板低速子域和圆状低速子域的复杂结
构模型进行了层析反演数值模拟,详细给出了 7 次迭代过程的射线追踪结果和
层析反演速度分布结果。数值模拟结果表明,三角网射线层析成像方法具有复
杂区域适应性强、速度界面描述灵活、分辨率高、成像结果更接近实际结构
形态特征的显著特点。
- I -
哈尔滨工业大学工学博士学位论文
第 6 章给出了大透距声波层析成像技术在煤层底板破坏深度和大跨度混
凝土结构工程质量检测方面