冰层中Lamb波传播特性的数值模拟和实验研究

作为最常用的超声导波之一，Lamb波具有能量集中、传播范围广、沿程衰减小等特点，可以拓展应用于结冰探测领域。为探明Lamb波在冰层中的传播规律，基于Lamb波探冰实验平台构建物理模型，以COMSOL Multiphysics软件为计算工具，数值模拟了不同厚度、不同长度冰层中的Lamb波传播情况。在此基础上，搭建了Lamb波探冰实验平台，开展了无冰铝板和覆冰铝板Lamb波传播实验。结合数值模拟和实验结果，明确了温度、冰层几何特性、液态水对Lamb波传播特性的影响规律。结果表明：温度越低，Lamb波传播群速度越快；在一定冰层厚度范围内，接收端压电片电压幅值衰减量随冰层厚度增大而增大；随着冰层长度增加，接收端Lamb波B1模态时间延迟量线性增大；液态水仅对Lamb波A0模态产生影响，对S0模态影响不大。实验和数值模拟结果具有较好的一致性，为Lamb波结冰探测技术提供了理论参考。