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代重阳,等:
覆冰 CFRP 板中水平剪切波的传播特性

同明冰层厚度对应的速度分别约为 1.940 , 1.934 ,

1.928km / s 。
除了冰层厚度, CFRP 板表面冰层类型的差异
也会引起传播特性的变化。当 CFRP 板表面冰层
厚度都为 0.25mm 时, 冰层类型为明冰、 霜冰和混

合冰所对应的频散曲线如图 6 所示。

图 4 CFRP 板表面有无冰层时 SH 波的频散曲线

图 6 CFRP 板表面冰层类型不同时 SH 波的频散曲线
由图 6 可以看出, 明冰与混合冰对 SH 波传播
特性的影响较为接近, 仅在 SH0 模态高频处以及高
阶模态处具有明显差异, 而霜冰的影响却与二者不
同, 尤其反映在高阶模态的相速度和 SH0 模态的群
速度上, 随着模态的增高, 霜冰对应的相速度截止频
率与明冰 所 对 应 截 止 频 率 的 差 距 逐 渐 扩 大; 对 于
SH0模态的群速度, 霜冰产生的影响是一种截然不
同的趋势, 在 0.5~1.5MHz频率区间内, 群速度剧

烈减小。
图 5 CFRP 板表面冰层厚度不同时 SH 波的频散曲线 这些反映在频散曲线上的差异可以指导基于

由图 5 可知: ① 在明冰层厚度由 0.25 mm 开 SH 波的结冰探测研究, 合理利用这些传播特性的

始均匀递增至 0.75mm 的过程中, 相同区间内频散 变化规律, 能够准确地对有无冰层、 冰层厚度和冰层
曲线数目增加了 1 条; ② 以 SH1 模态导波为例, 其 类型进行探测。

相速度截止频率由 464.1kHz经 424.7kHz减小

至 384.7kHz , 即明冰层厚度每增加 0.1 mm 会引 4 结语

起约 16kHz的截止频率变化量; ③ SH0 模态导波 针对以 CFRP 层合板为主的复合材料, 提出了

的相速度和群速度都会随着明冰层厚度的增加而减 一种由工 程 常 数 获 得 任 意 角 度 铺 层 的 单 层 CFRP
小, 例如在频率为 1.5 MHz处, 3 种明冰层厚度条 板材料刚度矩阵的方法。将转移矩阵法应用于建立

件下的群速度相较于未结冰时分别减小 了约 17 , SH 波在 CFRP 板 + 冰层介质中的传播模型, 利用

55 , 92m / s ; ④ 在低频的 50kHz附近, SH0 模态导 矩阵相乘的方式消除层状结构内部的连续性边界条

波的速度都保持不变且相速度与群速度相等, 但不 件, 使得计算时矩阵的阶数与层状结构的层数无关,
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