Сильно нелинейные явления в акустике
Сильно нелинейные явления в акустике
О.В. Руденко
Указано на отличие сильно нелинейных волн от волн с сильно выраженной слабой нелинейностью. Дана классификация сильно нелинейных систем. Описаны простейшие структурные особенности мета-материалов, обладающей высокой нелинейностью. Приведены примеры математических моделей, обладающих достаточной общностью и представляющих интерес для физики нелинейных волн. Указано на корпускулярные свойства сингулярных решений и на ряд необычных явлений, примерами которых служат волновая аккреция, самозахват и саморасщепление волн.
Показать АннотациюО нелинейных акустических характеристиках кристаллизующейся жидкости
О нелинейных акустических характеристиках кристаллизующейся жидкости
В.А. Буланов
Представлены результаты теоретических исследований нелинейного распространения звука в кристаллизующейся жидкости, содержащей центры кристаллизации. Выявлено аномальное поведение частотных и концентрационных зависимостей параметра акустической нелинейности, существенно отличающихся по своему характеру от таковых в случае жидкости с частицами без фазовых превращений. Показано, что фазовые превращения оказывают сильное влияние на динамику центров кристаллизации с размерами, характерными для экспериментов с кристаллизующимися жидкостями в пористых средах, в которых ранее экспериментально были установлены аномалии в поведении поглощения и дисперсии скорости звука при кристаллизации и плавлении. Показано, что особенностью параметра акустической нелинейности в кристаллизующейся воде при монодисперсном распределении центров кристаллизации по размерам функции является резкое возрастание нелинейности при малых размерах от десятка до сотни нанометров. Отмечено, что важной особенностью является провал при размерах в несколько сотен нанометров, когда сжимаемость зародышей кристаллизации вследствие фазовых превращений становится отрицательной. В целом фазовые превращения увеличивают акустическую нелинейность кристаллизующихся жидкостей. Обнаружено, что наиболее значительное влияние фазовых превращений наблюдается на относительно низких частотах и при малых размерах центров кристаллизации.
Показать АннотациюОсобенности вязковолновых течений вблизи колеблющихся твердых границ с различными адгезионными свойствами
Особенности вязковолновых течений вблизи колеблющихся твердых границ с различными адгезионными свойствами
Б.Е. Грачев
Для экспериментальных исследований кинематики вязких волн и генерируемых ими вязковолновых течений удобными оказываются тела вращения, поскольку при их колебательно-вращательном движении на поверхности не равна нулю только тангенциальная компонента колебательной скорости. В этом случае оказывается возможным решение уравнений Навье-Стокса с использованием граничных условий прилипания жидкости к твердому телу и равенства нулю колебательной скорости волн на бесконечности. Представлены результаты сравнения экспериментальных исследований поля вязковолновых течений вязкой жидкости вблизи нескольких шаров с поверхностями, обладающими различными адгезионными свойствами. В качестве жидкости был выбран глицерин с кинематической вязкостью ν=6,4 см2/с при нормальных условиях. Об адгезионной способности судили по краевому углу смачивания твердой поверхности жидкостью. С увеличением значения колебательной скорости шара в случае поверхности гидрофобной (графит, парафин) наблюдаемое поле скоростей течений становится существенно отличным от поля вблизи поверхности, обладающей гидрофильными свойствами (металл, окрашенная поверхность) при прочих равных условиях. Такое различие в полях скоростей течений объясняется проскальзыванием жидкости в случае гидрофобной поверхности.
Показать АннотациюСлияние широких линий шумового спектра при переходе хаотических пульсаций газовых пузырьков в периодические
Слияние широких линий шумового спектра при переходе хаотических пульсаций газовых пузырьков в периодические
Г.А. Дружинин, Т.А. Догадаева
Подробно исследованы численные решения уравнения Рэлея-Плессета для пульсаций газового пузырька при плавном увеличении амплитуды давления в акустической волне. Получены картины превращения линейчатого спектра периодических пульсаций в сплошной спектр с широкими спектральными линиями. Изучена динамика поведения этих широких линий и превращения сплошного спектра в линейчатый при слиянии этих широких линий. Построены спектры почти периодических колебаний и обнаружены субгармоники ниже одной восьмой.
Показать АннотациюНелинейное акустическое взаимодействие в трехфазной среде
Нелинейное акустическое взаимодействие в трехфазной среде
Я.М. Жилейкин, А.Б. Кукаркин, Н.И. Пушкина
Нелинейное возбуждение акустической волны двумя звуковыми волнами накачки исследуется в трехфазном морском осадке, который состоит из твердого каркаса и жидкой фазы, содержащей воздушные полости (бабблоны). Чтобы избежать образования гармоник взаимодействие рассматривается в интервале частот, в котором наблюдается значительная дисперсия скорости звука. Получены нелинейные уравнения, описывающие взаимодействие акустических волн в морских осадках, содержащих в жидкой фазе воздушные полости. Получено выражение для амплитуды возбужденной волны и проведено численное исследование ее зависимости от расстояния и от резонансных частот бабблонов.
Показать АннотациюОпределение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе
Определение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе
П.Б. Росницкий, П.В. Юлдашев, В.А. Хохлова
Во многих современных медицинских приложениях мощного сфокусированого ультразвука используется нелинейный акустический эффект образования ударных фронтов (или разрывов) в профиле волны в фокусе. Стоит задача определения параметров излучателя, позволяющих получить определенное значение амплитуды ударного фронта в фокусе, необходимое для конкретного приложения. Предполагается, что главным параметром излучателя, определяющим амплитуду разрыва, является его угловая апертура. Проверка этого предположения проводилась на основе многопараметрических численных расчетов полей, сделанных на основе уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова. Предложен метод выделения профиля с полностью развитым разрывом, создаваемым излучателем с заданными параметрами. Развит подход для определения амплитуды разрыва между временными точками профиля, соответствующими задаваемому уровню временной производной от волнового профиля относительно его максимума. При этом величина уровня определяется путем сравнения мощности тепловых источников в фокусе, рассчитанной численно и аналитически с использованием значения амплитуды разрыва. На основе полученных данных проведён расчет характерных значений амплитуды разрыва для излучателей, работающих на частоте 1 МГц в диапазоне угловых апертур от 0.8 до 2. Показано, что для создания разрывов амплитудой порядка 80 МПа, характерных для практического применения мощного медицинского ультразвука, оптимальными являются излучатели с угловой апертурой, близкой к единице.
Показать АннотациюВлияние дефектной структуры на упругие свойства сплава алюминия Д16
Влияние дефектной структуры на упругие свойства сплава алюминия Д16
В.С. Козлов, А.И. Коробов
Приведены результаты экспериментальных исследований влияния изменения дефектной структуры в поликристаллическом сплаве алюминия Д16 на его линейные и нелинейные упругие свойства. Изменение дефектной структуры в исследуемом образце вызывается приложением к нему циклических статических механических напряжений растяжения–сжатия–растяжения–сжатия. Исследования упругих свойств исследуемого образца в процессе приложения переменных нагрузок проводились статическим, квазистатическим и динамическим методами. Ультразвуковые измерения проводились импульсным методом. Исследование нелинейных упругих свойств исследуемого материала проводились двумя методами: динамическим спектральным методом по эффективности генерации второй акустической гармоники в поле акустической волны конечной амплитуды на частоте 5МГц и квазистатическим методом по результатам измерения изменения скорости акустических волн в образце в зависимости от приложенного к нему статического давления. Ключевые слова: дефекты, неклассическая упругая нелинейность, пластические деформации, спектральный метод, вторая упругая гармоника.
Показать АннотациюФотоакустические исследования параметра Грюнайзена дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза
Фотоакустические исследования параметра Грюнайзена дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза
Н.И. Одина, А.С. Полюшко
Приводятся результаты экспериментального исследования температурной зависимости нормированного параметра Грюнайзена монокристалла дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза. Измерения производились фотоакустическим методом при лазерном гармоническом возбуждении и пьезоэлектрической регистрации в области температур 280-330 К. В интервале температур 305-322 К на температурной зависимости амплитуды фотоакустического сигнала, пропорциональной параметру Грюнайзена, обнаружены аномалии, которые связываются с протеканием фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза. Произведена оценка температурной зависимости нормированного параметра Грюнайзена по данным других авторов и сравнение с данными эксперимента.
Показать АннотациюИсследование возможности существования несимметричных установившихся режимов вынужденных нелинейных колебаний осциллятора с сухим трением
Исследование возможности существования несимметричных установившихся режимов вынужденных нелинейных колебаний осциллятора с сухим трением
А.В.Фокин
Рассматривается задача о вынужденных колебаниях осциллятора с сухим (кулоновским) трением. Ранее был найден класс несимметричных решений, описывающий установившийся режим вынужденных колебаний. Несимметрия колебаний проявляется в различии амплитуд смещений в противоположных направлениях относительно положения равновесия. Указанный класс решений получен при условии, что длительность одного цикла колебаний равна периоду возбуждающей колебания силы, длительности полуциклов (время движения в противоположных направлениях) равны, отсутствуют остановки ненулевой длительности и смена направления движения на каждом из полуциклов. В данной работе исследуется вопрос о возможности расширения указанного класса решений за счет отказа от условия равенства длительностей полуциклов. Показано, что может существовать лишь два типа решений. Первое решение получено в явном виде, однако численное моделирование для достаточно представительного набора параметров показало, что оно не удовлетворяет условию отсутствия смены направления движения на полуциклах. Для второго типа решений выведено трансцендентное уравнение определяющее длительность полуциклов.
Показать АннотациюУпругие свойства полимерного слоя при одноосном сжатии в цилиндрической геометрии
Упругие свойства полимерного слоя при одноосном сжатии в цилиндрической геометрии
Т.Б. Крит, В.Г. Андреев, А.В. Шанин, И.И. Голубкова
Измерены линейные и нелинейные упругие модули полимерного материала пластисола. Слой материала полимеризован между двумя твердотельными соосными цилиндрами, диаметр которых в 6-8 раз превышает толщину слоя. В процессе полимеризации внутри материала возникают механические напряжения. Сравнивая измеренные значения упругих параметров материала, полимеризованного между цилиндрами, со значениями, измеренными при одноосном сжатии этого материала, полимеризованного между плоскими параллельными пластинами, можно оценить эти напряжения. Измерения в плоской и в цилиндрической геометрии были проведены методом статической сдвиговой деформации, значения которой достигали 0.4-0.6 толщины. При таких деформациях проявляются нелинейные эффекты, что позволяет оценить их вклад в проявляемые материалом упругие свойства и измерить нелинейные параметры Ландау. В плоской геометрии к одной из границ, между которыми находится пластисол, прикладывалось известное напряжение, создававшее сдвиговую деформацию. Вторая граница была закреплена и не могла смещаться в направлении сдвиговой деформации. Вместе с тем, крепления позволяли этой границе смещаться в направлении, перпендикулярном направлению сдвиговой деформации. В цилиндрической геометрии сдвиговая деформация создавалась путём поворота одного из цилиндров, по касательной к боковой поверхности которого прикладывалось известное напряжение. Характер зависимости напряжения от деформации и измеренный статический модуль сдвига в цилиндрической геометрии и в плоской геометрии при одинаковой толщине пластисола существенно различаются. Параметр Ландау A, измеренный в плоской геометрии с приложением одноосного сжатия, равен -392 кПа.
Показать Аннотацию