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非均匀背景场射线追踪的改进及有限元数值模拟

张雪垠  
【摘要】:层析成像技术同遗传工程、新粒子发现和宇航技术一起并列为七十年代国际四大科技成果。作为近几十年来蓬勃发展起来的一门交叉性学科,它涉及数学、物理、计算机等知识,具有广泛的应用价值。在国内外己成功应用于医疗诊断、地球物理、射电天文学等领域。另外,在水利水电工程、土木工程领域,该技术也有广阔的应用前景。 为使层析成像技术在非均匀介质场中有更好的应用,本文在原有算法基础上改进了一种射线追踪算法——二阶段综合法,该算法具有编程简单、追踪速度快且精确度高等特点。 通过构造的数值模型验证了改进算法,表明该算法是一种有效的射线追踪方法,能快速准确的追踪射线的最小走时数据并且具有很强的抗噪性,可以应用到复杂介质的层析成像中。 应用Ansys有限元程序的瞬态动力分析模块模拟了数值模型在正弦载荷作用下介质内波的传播。通过各质点的位移时程曲线可以得到模型内各个节点的运动规律,据此可以进行波传播的模拟。 针对超声波速度反演进行了试验研究,对拱坝模型在加载破坏前后进行超声波波速层析成像,结果表明该层析成像软件能正确反映拱坝坝体裂缝的位置、深度等信息;同时我们也注意到对于坝体裂缝宽度反演结果不是很好,说明该程序还存在很多不足,有待进一步改进。 综上所述,本文研究的改进的射线追踪技术在层析成像时具有良好的效果,适用于非均匀介质场,在混凝土探伤技术上具有广阔的应用前景。


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