MATLAB有限差分法模拟二维固-液介质Lamb波传播特性

资 源 简 介

本项目开发了一个基于MATLAB的有限差分仿真平台，用于研究二维固-液耦合介质中Lamb波的传播行为。程序支持自定义材料参数、激励源设置和观测点分析，能够模拟波的产生、传播、反射及液体相互作用过程，适用于声学研究和无损检测应用。

详 情 说 明

二维固-液介质Lamb波传播特性有限差分仿真平台

项目介绍

本项目设计实现了一个基于交错网格有限差分法的二维固-液耦合介质波动仿真程序。程序能够精确模拟Lamb波在板状结构中的传播特性，包括波的产生、传播、反射以及与液体介质的相互作用过程。通过支持用户自定义材料参数、激励源设置和观测点配置，可输出波场的时空演化过程和多种特征分析数据，为研究固-液耦合环境下的波动现象提供有效的数值仿真工具。

功能特性

• 精确的数值方法：采用交错网格有限差分法（Staggered Grid FDM）离散控制方程，保证数值稳定性和计算精度
• 高效边界处理：集成完美匹配层（PML）边界条件，有效吸收边界反射波
• 灵活的激励设置：支持点源、线源等多种激励类型，可自定义中心频率和调制方式
• 多参数输出：提供波场快照、时程曲线、特征参数、动态动画和统计分析报告
• 用户友好接口：通过结构化输入参数配置，简化仿真流程

使用方法

1. 参数配置：在运行主程序前，设置以下输入参数：

- 几何参数：板厚（mm）、计算区域尺寸（m×m） - 材料属性：固体密度（kg/m³）、弹性模量（Pa）、泊松比；液体密度、声速 - 激励设置：源类型、中心频率（kHz）、调制方式 - 网格参数：空间步长（m）、时间步长（s）、总模拟时长（μs） - 观测点坐标：定义多个监测点位置坐标数组

1. 运行仿真：执行主程序开始波动传播仿真计算

1. 结果分析：程序自动生成：

- 波场快照序列（.fig/.png格式） - 观测点时程曲线数据（.mat格式） - 波动特征参数（波速、衰减系数、频散曲线） - 波传播动态动画（.avi格式） - 分析报告文档（.txt格式）

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB以上
• 磁盘空间：至少1GB可用空间（根据模拟规模调整）

文件说明

主程序文件整合了仿真平台的核心功能模块，包括计算区域与网格的初始化、材料参数的定义与分配、激励信号的生成与加载、基于交错网格有限差分格式的波场递推求解、完美匹配层边界条件的实施、多类型观测数据的采集与记录，以及计算结果的可视化输出与特征参数的后处理分析。该文件通过协调各功能模块的执行流程，实现了从参数输入到结果输出的完整仿真流程。