Программный комплекс WAVES-L для моделирования и визуализации волновых процессов в упругом слое

Abstract

Приводится описание программного комплекса WAVES-L, предназначенного для быстрого и наглядного моделирования волновых полей, возбуждаемых заданными поверхностными нагрузками в упругом слое с тремя вариантами закрепления его нижней грани. В основу алгоритмов, реализованных в программном комплексе, положены явные интегральные представления решения соответствующих краевых задач и выведенные из них асимптотические представления для бегущих волн в дальней от источника зоне. В ближней зоне, в том числе и под источником, амплитудно-частотные характеристики суммарного волнового поля определяются с помощью численного интегрирования несобственных контурных интегралов. Реализована также возможность расчета дисперсионных характеристик и собственных форм каждой из возбуждаемых бегущих волн. Удобный графический интерфейс позволяет легко менять параметры модели и визуализировать частотные и пространственные зависимости волновых характеристик как для отдельных волн, так и для суммарного волнового поля. Программный комплекс может применяться при решении задач ультразвукового неразрушающего контроля и мониторинга состояния тонкостенных инженерных конструкций, а также использоваться в учебном процессе в рамках лабораторных занятий по профильным предметам. Приводятся снимки экрана программы и графики сравнения дисперсионных кривых с экспериментальными измерениями. The software package WAVES-L is intended for fast and interactive simulation of wavefields generated by a prescribed surface load in an elastic layer with three possible types of boundary conditions at the waveguide’s bottom surface is considered. The algorithms realized in the programme are based on the explicit integral representations of the source-induced wavefields and corresponding asymptotic expansions for the guided waves propagating from the source to infinity. In the nearfield, including the points beneath the loading area, the amplitude-frequency characteristics of the total wavefield are computed using the numerical integration of improper contour integrals. The calculation of dispersion curves characteristics and eigenforms of guided waves is realized as well. WAVES-L is supplied with a user-friendly interface, which supports convenient change of the input parameters and provides demonstrative visualization of wavefield dependencies on frequency and spatial variables. The software package has a potential application in ultrasonic non-destructive testing and structural health monitoring of thin-walled engineering constructions. It can also be used in education, within the framework of laboratory classes in the corresponding specialization. The article presents examples of screenshots and graphs of experimental validation of the calculated results.