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Study on the influence of vibrator⁃ground coupling parameters of shear wave source on vibration characteristics under sweep excitation
- Journal of Mechanical Strength Pages: 1-12(2025)
- 作者机构：
1.西南石油大学 机电工程学院，成都 610500
2.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 装备服务中心，涿州 072750
3.四川建安工业有限责任公司 底盘研究院，成都 610500
- 作者简介：
LI Gang, E-mail: ligang@swpu.edu.cn
- 基金信息：National Natural Science Foundation of China(42574189);China National Petroleum Corporation Science and Technology Project(2023ZZ05)
DOI：
CLC： TH123Received：17 September 2025，
Published Online：25 November 2025，
- 稿件说明：
移动端阅览
李刚，唐云，刘志刚等.扫频激振下横波震源振动器-大地耦合参数对振动特性影响规律的研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.
LI Gang，TANG Yun，LIU Zhigang，et al.Study on the influence of vibrator⁃ground coupling parameters of shear wave source on vibration characteristics under sweep ex［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.
李刚，唐云，刘志刚等.扫频激振下横波震源振动器-大地耦合参数对振动特性影响规律的研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：
LI Gang，TANG Yun，LIU Zhigang，et al.Study on the influence of vibrator⁃ground coupling parameters of shear wave source on vibration characteristics under sweep ex［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：
摘要
目的
2
横波振动器在实际勘探中易受耦合条件变化影响，产生明显扰动，导致激振性能下降和信号质量不稳定。现有研究对耦合参数如何影响振动器的扰动机制与激振效果仍缺乏系统认识。为解决这一问题，构建了包含扰动因素的横波振动器-大地耦合动力学模型，并揭示了关键耦合参数对扰动及出力特性的影响规律，为横波震源的结构优化与稳定激振提供理论依据。
方法
2
首先，基于弹性半空间理论，考虑液压倾覆力矩引起的扰动效应，建立了横波震源振动器-大地耦合振动模型，并通过试验验证了所提模型的有效性。然后，在此基础上分析了耦合参数对振动器扰动及系统振动出力的影响规律。
结果
2
结果表明，在振动器扰动方面，平板面积为扰动敏感性的主导参数（占总敏感性的64%），且参数间存在显著的非线性交互作用；而土壤密度占总敏感性的比例接近0%，可视为非敏感因素。在振动出力方面，低频段范围内（5~20 Hz），重锤质量的增大会导致出力不足，平板面积的增大有助于提高出力幅值；而较高的大地弹性模量能够减少能量耗散。研究成果可为抑制横波振动器扰动提供理论依据，对提升振动器激发性能具有一定的研究价值。
Abstract
Objective
2
Shear wave vibrators are susceptible to variations in coupling conditions during practical exploration
resulting in significant disturbances that lead to degraded excitation performance and unstable signal quality. Existing studies lack a systematic understanding of how coupling parameters influence the disturbance mechanisms and excitation effects of the vibrator. To address this issue
a shear wave vibrator-ground coupling dynamic model incorporating disturbance factors was developed
revealing the influence patterns of key coupling parameters on disturbances and output characteristics. This provides a theoretical basis for the structural optimization and stable excitation of shear wave sources.
Methods
2
Firstly
based on elastic half-space theory and considering the disturbance effects induced by hydraulic overturning moments
a coupled vibration model of the shear wave source vibrator and the ground was established
and the validity of the proposed model was verified through tests. Subsequently
the influence patterns of coupling parameters on vibrator disturbances and system vibration output were analyzed on this basis.
Results
2
The results indicate that
regarding vibrator disturbances
the plate area is the dominant parameter affecting disturbance sensitivity (accounting for 64% of total sensitivity)
with significant nonlinear interactions existing among parameters; soil density accounts for nearly 0% of total sensitivity and can be regarded as a non-sensitive factor. In terms of vibration output
within the low-frequency range (5-20 Hz)
an increase in the mass of the heavy hammer leads to insufficient output
while an increase in plate area contributes to enhancing output amplitude; a higher ground elasticity modulus can reduce energy dissipation. The findings provide a theoretical basis for suppressing shear wave vibrator disturbances and hold certain research value for improving vibrator excitation performance.
关键词
Keywords
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