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随着微晶、合金、岩石、陶瓷,复合功能材料等的广泛应用以及一些纳米材料、微器件、微结构和微系统的深入研究,使得人们越来越关注微(细)结构固体材料。特别是能够找到合适的检测方法来检测这些微(细)结构材料的性能变得十分重要而迫切。
本文主要研究了微(细)结构固体材料中孤立波的存在条件以及微结构引起的效应对孤立波形状特征的影响,进而更直观、明确地阐明了微结构固体中孤立波存在条件、孤立波的形状变化与固体材料微尺度频散效应和微尺度非线性效应以及孤立波传播速度之间的关系。
本文研究内容可分为三大部分:
第一部分利用相图法并结合数值计算,直接、简便地确定了微结构固体中孤立波的存在条件,并给出了一定速度的孤立波存在的结构参数的变化范围。通过这部分的研究,进一步证实了在一定条件下微结构固体中可以形成一种非对称孤立波。
第二部分借助数值计算并选取更具明确物理意义的讨论参数,研究了固体微尺度效应对孤立波形状变化的影响。主要考察了孤立波的传播速度、微尺度频散效应和微尺度非线性效应对孤立波形状变化的影响。研究结果表明,孤立波的形状变化与它的传播速度、频散特性参数和非线性特性参数都有关系。孤立波传播速度的变化可引起它的幅度、宽度以及对称性的变化;频散特性参数的变化可引起孤立波的宽度和对称性的变化,而非线性特性参数的变化只能引起孤立波对称性的变化。
第三部分采用一种解析近似方法——广义变分迭代算法,研究了微结构固体中波传播的模型方程,得到了任意精度的近似解析解。为了说明近似解析解的精度,把一级近似解与数值解进行了比较。结果表明,得到的变分迭代解是一种任意精度的近似解析解,可以根据得到的迭代解进行任意次的迭代运算,进而可得到所要求精度的近似解析解。
本文研究结果对微结构固体材料性能的检测与评价具有重要的理论意义。因为孤立波在微结构固体材料中传播时,其形状、幅度以及速度中携带着反映微结构固体材料内部结构特性的重要信息,所以对微结构固体材料中孤立波的存在条件及其形状特性的研究对于检测和评价这些材料的性能具有重要的理论意义。对于地震波在地层介质中的传播等实际问题也具有重要的理论意义和潜在的应用价值。