Акустическая эмиссия мерзлых грунтовых оснований в условиях их повторно-переменного термомеханического нагружения
Акустическая эмиссия мерзлых грунтовых оснований в условиях их повторно-переменного термомеханического нагружения
Е. А. Новиков, М. Г. Зайцев, Е. А. Клементьев
Экспериментально установлены закономерности акустической эмиссии в мерзлых грунтах различного вещественного состава, подверженных многократным циклам растепления-заморозки и находящихся при этом под действием квазистатической од-ноосной механической нагрузки. Исследовано влияние на эти закономерности грану-лометрического состава грунта, степени его засоленности, переменной интенсивности температурного воздействия и неоднородности распределения термического градиен-та. Представлены характеристики и конструктивное исполнение необходимого для выполнения данных исследований аппаратурного измерительного комплекса. По-следний также позволяет верифицировать результаты акустических измерений парал-лельно получаемыми данными ультразвукового прозвучивания и измерения сопро-тивления вдавливания в грунт зонда. Изложена и обоснована методика интерпретации установленных акустико-эмиссионных закономерностей, позволяющая по параметрам и характеру акустической эмиссии грунтового материала с учетом действия вышеука-занных факторов судить о его несущей способности и стадии деформированного со-стояния.
Показать Аннотацию≈700 Гц в русской аутентичной певческой фонации
≈700 Гц в русской аутентичной певческой фонации
С. Ю. Гутова
Приведены данные по экспериментальному измерению акустического сигнала вокальной речи русских этнопевцов методом слоговой артикуляции. В исследовании участвовали три группы исполнителей – традиционные певцы из различных регионов России, профессиональные и полупрофессиональные исполнители, работающие в фольклоризированной манере, и ученики автора. Для объективности анализировались 12 образцов фольклорных песен, исполненных аутентичными певцами и «перепетых» фольклоризированными исполнителями. Установлено, что в аутентичном голосе обнаруживается устойчивое присутствие частоты колебания в ≈700 Гц (это 698, 46 Гц – по таблице А. Веркмейстера, 700 Гц или немного выше). Есть основания полагать, что данная частота, являющаяся первой гармоникой к основному тону f в данном случае первой октавы и находящаяся на стыке низкой и средней певческих формант, имеет важное значение для обертоново-резонансного раскрашивания русского традиционного этнозвука. Выявлено, что ≈700 Гц: • проявляются на ноте f независимо от октавного расположения и всегда динамически активнее других гармоник; • присущи рече-певческой позиции, т. е. диалектной вокальной речи; • влияют на эстетические качества певческого звука. На ≈700 Гц: • выстраиваются обертоны натурального звукоряда, а также образуются специфические обертоны, которые проявляются при особых акустических условиях на длинных звуках-интонемах; • усиливается резонансное свойство звука; • межформантные области более плотные и насыщены гармониками. В фольклоризированном голосе эта частота присутствует только в 40% случаев, а в аутентичном – 90%. Эксперимент с усилением частоты ≈700 Гц на учащихся показал возможность обучения по методике гармонического усиления для улучшения вокального звука. Исходя из данных эксперимента и трудов других исследователей следует, что ≈700 Гц связаны с биофизическими свойствами рече-дыхательной системы, а значит, данная частота является природным акустическим механизмом.
Показать АннотациюАнализ бесконечной периодической структуры и ее конечной части с учетом слабой нелинейности
Анализ бесконечной периодической структуры и ее конечной части с учетом слабой нелинейности
А. А. Хватов
Рассмотрен вопрос применимости теории Флоке на примере слабо нелинейной структуры. Теория Флоке, применяемая в линейных случаях, не применима в случаях, где не выполняется свойство трансляционной симметрии. Для попытки распространить теорию Флоке на нелинейный случай была рассмотрена задача об акустических волноводах произвольного типа, соединенных пружиной с нелинейной жесткостью. Такого рода структура, очевидно, не имеет свойства трансляционной симметрии. Однако, с некоторыми оговорками, такие задачи можно так же рассматривать в рамках теории Флоке. С другой стороны, можно рассмотреть задачу о собственных частотах конечной части, которая не имеет ограничений на вид акустического волновода и его свойства. Таким образом, можно рассмотреть подобную структуру с двух сторон и оценить предсказания полос запирания, полученные в рамках двух различных задач. Для наглядности, взята задача предсказания полос запирания в бесконечной периодической слабо нелинейной структуре, состоящей из балок, соединенных пружиной с нелинейной жесткостью.
Показать АннотациюЭкспериментальное исследование дифракции ударных акустических волн на краю экрана
Экспериментальное исследование дифракции ударных акустических волн на краю экрана
С. Н. Гурбатов$^1$, М. С. Дерябин$^2$, Д. А. Касьянов$^2$, В. В. Курин$^1$, А. В. Тюрина$^1$
В работе приведены результаты экспериментального исследования дифракции ударных акустических волн на краю экрана. Лабораторные эксперименты проводились в дегазированной дистиллированной воде при нормальных климатических условиях на установке, обеспечивающей позиционирование приемно-излучающей системы по трем линейным координатам с точностью не менее 6 мкм. В качестве излучателей использовались поршневые преобразователи с рабочими частотами 1 и 2 МГц, с различными диаметрами апертур от 1 см до 4 см. Максимальная амплитуда акустического давления на апертуре излучателей составляла 1 МПа. Регистрация профиля акустической волны осуществлялась с помощью мембранного гидрофона, имеющего практически равномерную характеристику чувствительности в полосе частот вплоть до 40 МГц. В результате экспериментов удалось обнаружить некоторые особенности дифракции интенсивных акустических пучков. В частности, вблизи акустической оси излучателя регистрируются профили акустических волн, имеющих спектральную характеристику с законом спадания гармоник, существенно отличающимся от случая безграничного пространства. В поперечных распределениях амплитуд гармоник с номерами выше 7 наблюдался дополнительный экстремум, связанный как с дифракцией отдельных гармоник, так и с продолжающейся нелинейной генерацией кратных накачке частот.
Показать АннотациюРадиационные силы и акустические течения в жидком слое на упругой подложке
Радиационные силы и акустические течения в жидком слое на упругой подложке
В. А. Гусев
В работе исследованы особенности формирования и структуры полей радиационных сил в жидком слое, создаваемых поверхностной акустической волной на границе жидкой и упругой сред. Проанализированы различные механизмы возникновения радиационных сил и их воздействие на среду и взвешенные в ней частицы. Показано, что в зависимости от размеров частиц и соотношения плотностей определяющими будут различные механизмы. А именно, на частицы относительно крупных размеров действует радиационная сила (ее можно назвать "линейной"), связанная с рассеянием акустического поля на частице и различием импульсов перед и за частицей. Усреднение приводит к появлению ненулевой силы, причем нелинейные параметры среды в первом приближении здесь несущественны. Крупные частицы сложнее увлекаются акустическими потоками и для них преобладающим является "линейный" механизм. Необходимо отметить, что именно этот "линейный" механизм преимущественно и подразумевают, когда говорят о радиационном давлении. Напротив, для частиц малого размера (наночастиц) этот механизм оказывается неэффективным и им можно пренебречь по сравнению с другим механизмом. Наночастицы будут захватываться акустическими потоками, появление которых обусловлено нелинейностью уравнений гидродинамики. Такой механизм можно назвать "нелинейным", поскольку определяются, в первую очередь, нелинейными параметрами среды. На основе развитой теории радиационных сил рассчитаны акустические потоки в жидком слое на упругой подложке. Обсуждаются особенности структурирования ансамблей взвешенных частиц в таких потоках, а также возможности восстановления параметров сред и наночастиц.
Показать АннотациюФизическое моделирование распространения звука в шельфовой зоне Мирового океана
Физическое моделирование распространения звука в шельфовой зоне Мирового океана
А. Е. Бычков$^1$, И. Ю. Грязнова$^1$, М. С. Дерябин$^2$, В. В. Курин$^1$, А. И. Хилько$^2$
Целью работы являлось исследование вертикальной структуры коротких модовых импульсов вблизи критических толщин волноводов постоянной и переменной глубины с различными моделями дна. В ходе работы было теоретически получено выражение критерия разрешимости для коротких модовых импульсов в волноводах постоянной глубины с различными типами дна. Получена формула оптимального расстояния разрешения последовательных модовых импульсов, приходящих в точку приема сигнала, в зависимости от параметров излучаемого сигнала и параметров самого волновода. На основе теоретически полученных результатов разработана математическая модель распространения коротких модовых импульсов в волноводах постоянной и переменной глубины. Получена теоретическая модель для расчета огибающей акустического радиоимпульса в волноводе переменной глубины с различными типами дна. Данная модель численно описывает распространение сигнала, в ходе которого происходит разделение излучаемого короткого сигнала на импульсы по отдельным модам, связанное с межмодовой дисперсией, и уширение импульса на каждой моде из-за влияния внутримодовой частотной дисперсии. В ходе экспериментальной части работы проведено измерение амплитуды сигнала от времени на трассах различной длины при фиксированном заглублении приемника, также определялась длительность излученного сигнала на приемнике. Проведено измерение амплитуды принимаемых последовательных модовых импульсов при различных заглублениях приемника.
Показать АннотациюАкустическая визуализация объектов в жидкостях с помощью матрицы из стержневых волноводов
Акустическая визуализация объектов в жидкостях с помощью матрицы из стержневых волноводов
С. А. Петросян$^1$, С. А. Цысарь$^1$, В. Д. Свет$^3$, О. А. Сапожников$^2$
На данный момент существует несколько акустических методов визуализации для исследования непрозрачных жидкостей с тепловыми неоднородностями, например, агрессивных химически активных жидкостей и расплавленных металлов, где применение электромагнитных волн зачастую затруднено или просто невозможно, а применение акустических преобразователей для приёма ультразвуковой (УЗ) волны сопряжено с рядом практических трудностей. Главной проблемой при этом является защита пьезопреобразователя от воздействия агрессивной среды и относительно низкая чувствительность высокотемпературных приёмных пьезодатчиков, что затрудняет использование традиционных систем ультразвуковой визуализации. В настоящей работе предлагается метод обнаружения и визуализации объектов с использованием сканирующей эхо-импульсной системы, акустические сигналы в которой принимаются через волноводы в виде стальных стержней. Излучение зондирующего импульса в жидкость можно осуществить, используя высокотемпературный пьезоизлучатель, который способен выдержать такие жёсткие условия, либо через стержневой волновод, один конец которого находится в среде с безопасными для работы условиями. На этом конце располагается источник УЗ сигнала. Другой конец погружается в агрессивную жидкость и подводится к участку визуализации для его зондирования. Для регистрации ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от объекта исследования, используется многоканальная волноводная система в виде набора металлических стержней, один торец которой находится вблизи объекта визуализации, обеспечивая широкий угол обзора и высокое разрешение. Стержни являются достаточно длинными, так что второй торец приёмной системы находится вне агрессивной жидкости, где уже можно принимать сигналы традиционными методами.
Показать АннотациюВолна И.Анисимкина как длинноволновая ветвь низшей моды Лэмба
Волна И.Анисимкина как длинноволновая ветвь низшей моды Лэмба
В. А. Николаевцев, С. Г. Сучков, А. В. Селифонов, Д. С. Сучков
Исследованы эффективность и селективность возбуждения волны И. Анисимкина в пластине закаленного стекла клиновидным ультразвуковым преобразователем с фазированной решеткой пьезопреобразователей. Установлено, что мода И.Анисимкина в изотропной пластине является вырождением не высшей, а основной симметричной моды Лэмба в длинноволновой области. Построена карта зависимости эффективности возбуждения волн Лэмба и И.Анисимкина от частоты и разности фаз между элементами фазированной решетки. Показано, что эффективное селективное возбуждение волны И.Анисимкина невозможно клиновидным преобразователем с одиночным пьезопреобразователем без использования фазированной решетки.
Показать АннотациюОпределение характеристик поглощающих слоев с использованием акустической голографии
Определение характеристик поглощающих слоев с использованием акустической голографии
Д. А. Николаев$^1$, С. А. Цысарь$^1$, В. А. Хохлова$^2$, О. А. Сапожников$^2$
Во многих приложениях, в том числе медицинских, необходимо с высокой точностью знать акустические характеристики твердых материалов, такие как скорость и поглощение упругих волн. Данная работа посвящена экспериментальному определению акустических параметров среды с использованием плосковолновых компонент углового спектра ультразвукового пучка, получаемых методом акустической голографии. Метод был опробован при характеризации твердотельных материалов. Показано, что предложенный метод позволяет с высокой точностью измерять скорость звука и коэффициент поглощения продольных волн в широком частотном диапазоне.
Показать АннотациюГидродинамика и акустика газовых включений в магнитной жидкости в поле кольцевого магнита
Гидродинамика и акустика газовых включений в магнитной жидкости в поле кольцевого магнита
П. А. Ряполов, В. М. Полунин, Е. А. Соколов
Магнитные, акустические и теплофизические явления в магнитожидкостных системах нашли применение при конструировании магнитожидкостных герметизаторов, амортизаторов, чувствительных трехосных акселерометров, плотномеров, ряда других прогрессивных устройств. Для проведения экспериментов создана специальная установка с применением системы скоростной видеофиксации результатов эксперимента, а также с регистрацией электромагнитных и акустических возмущений с последующей обработкой. Для серии образцов магнитной жидкости проведен эксперимент по прессингу воздушной полости, в результате которого отделялись газовые пузырьки. Осуществлялась регистрация электромагнитных и акустических возмущений, возникающих при всплытии немагнитного пузырька в магнитной жидкости. По известным выражениям на основе этих данных определены размеры пузырьков. Полученные данные сравниваются с результатами видеофиксации. Сделаны выводы о влиянии физических параметров магнитной жидкости и конфигурации магнитного поля на диаметр получаемых пузырьков.
Показать Аннотацию