Лабораторное изучение акустических свойств гидратосодержащих осадков
Лабораторное изучение акустических свойств гидратосодержащих осадков
Г. А. Дугаров$^1$, А. А. Дучков$^{1,2}$, А. Д. Дучков$^1$, А. Н. Дробчик$^1$
Проведена серия лабораторных экспериментов по формированию гидратосодержащих образцов, гидраты метана и тетрагидрофурана (ТГФ), и изучению их акустических свойств. Также был проведен значительный объем экспериментов со льдом для сравнения его свойств с газогидратами. Были получены зависимости скоростей и поглощений продольных и поперечных волн в зависимости от гидратосодержания или коэффициента начального водонасыщения в случае со льдом. Зависимости для гидрата метана, ТГФ и льда показывают разный характер роста скоростей при увеличении гидратосодержания или коэффициента начального водонасыщения. Для метана и льда наибольший рост скоростей продольных и поперечных волн наблюдается в области небольших содержаний. Это коррелирует с данными по поглощению, в области небольших содержаний для метана и льда наблюдается резкое уменьшение величины поглощения. Для гидрата ТГФ наблюдается постепенный рост скоростей продольных и поперечных волн с увеличением гидратосодержания. Разница в зависимостях скоростей может объясняться разным типом нахождения гидрата или льда в поровом пространстве и требует использования разных моделей эффективных сред для их описания. Для случая гидрата ТГФ предлагается использовать модель формирования гидрата нецементирующего типа, а для гидрата метана и льда – цементирующего типа.
Показать АннотациюРасчетно-экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик кавитационной зоны
Расчетно-экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик кавитационной зоны
Э. М. Агрест$^1$, Г. Н. Кузнецов$^2$, Н. П. Мельников$^3$
На основании анализа данных высокоскоростной киносъемки, спектров кавитационного шума (КШ) и компьютерного моделирования исследованы радиальное и поступательное движение одиночных кавитационных полостей, взаимодействующих с знакопеременным градиентом звукового давления (ЗД) и между собой. Экспериментально и численно изучены динамика кавитационной области, физические причины интенсивных периодических перемещений нестабильных полостей и спектральные характеристики КШ. При заданном статическом давлении развитие зоны кавитации определяется газосодержанием и вязкостью жидкости.
Показать АннотациюНелинейная эволюция сферической стоячей волны в акустически возбужденной жидкой капле
Нелинейная эволюция сферической стоячей волны в акустически возбужденной жидкой капле
Е. А. Анненкова$^1$, О. А. Сапожников$^{1,2}$, Д. С. Саймон$^2$, У. У. Крайдер$^2$
При фокусировке интенсивного ультразвукового пучка на границу жидкость–воздух возникает явление, называемое ультразвуковой атомизацией. При повышении интенсивности ультразвука данное явление наблюдается в виде акустического фонтана. Скоростная съемка показывает, что фонтан, вырывающийся с поверхности жидкости после включения ультразвука, приобретает форму цепочки из капель, которые через некоторое время начинают взрываться. В данной работе развита нелинейная теория акустических и тепловых процессов в сферической капле для описания возможных механизмов развития неустойчивости капель. Показано, что в капле, акустически возбужденной на основном резонансе, с течением времени из-за нелинейности среды формируются сферические стоячие волны на высших кратных частотах. Указанный процесс генерации гармоник сопровождается значительным увеличением пикового акустического давления в центре капли. Отмечается, что рост отрицательного давления и дополнительный нагрев вблизи центра капли могут привести к кавитации и последующему взрыву капли. Разработанная теоретическая модель для описания акустического давления внутри сферического объема нелинейной вязкой жидкости основана на волновом уравнении квадратичного приближения. Его решение ищется в виде суммы гармонических составляющих с медленно изменяющимися амплитудами. На основе численного решения рассчитан спектр волны в разные моменты времени и исследованы закономерности эволюции пространственно-временной структуры акустического давления и температуры в капле.
Показать АннотациюВозбуждение стоячих волн в вязкоупругом резонаторе при наличии статической деформации сдвига
Возбуждение стоячих волн в вязкоупругом резонаторе при наличии статической деформации сдвига
Ш. А. Асфандияров, Т. Б. Крит, В. Г. Андреев
В работе приводятся результаты экспериментального исследования стоячих сдвиговых волн в резонаторе в виде прямоугольного параллелепипеда из гелеобразного полимерного материала, закреплённого без проскальзывания между двумя деревянными пластинами. К свободной пластине прикреплены металлические стержни, на которые закрепляется нагрузочная масса, создающая дополнительное статическое сдвиговое напряжение в среде под действием силы тяжести. Это напряжение приводит к изменению упругих характеристик исследуемого материала, что при его деформации выражается в увеличении резонансной частоты.
Показать АннотациюАкустическая нелинейность верхнего слоя моря
Акустическая нелинейность верхнего слоя моря
В. А. Буланов
Теоретически и экспериментально исследованы распределения пузырьков в морской воде при одновременных измерениях акустической нелинейности и кавитационной прочности. Исследования проводились в шельфовой зоне Японского моря при различных гидрологических и метеорологических характеристиках. Показано, что акустическая нелинейность и кавитационная прочность воды, содержащей пузырьки в достаточно больших концентрациях, проявляют аномальные характеристики, резко отличающие их от таковых, наблюдающихся в чистой морской воде.
Показать АннотациюРаспространение интенсивных акустических пучков в вязкоупругой среде с полостями
Распространение интенсивных акустических пучков в вязкоупругой среде с полостями
В. А. Гусев
Рассмотрено распространение акустических волн и пучков большой интенсивности в вязкоупругих средах, содержащих газовые полости. Отклик такой среды на внешнее акустическое воздействие отличается различными частотно-зависимыми эффектами и сложной временной зависимостью, в частности резонансным и релаксационным характером. Поведение вязкоупругого материала такой среды носит релаксационный характер, несущий память о воздействии в предыдущие моменты времени. Динамика внутренних элементов – включений и полостей – может носить ярко резонансный характер. Рассчитана трансформация временных профилей и поперечной структуры пучков при распространении в подобных средах со сложной внутренней динамикой.
Показать АннотациюИсследование взаимосвязи кавитационной прочности с различными параметрами морской воды
Исследование взаимосвязи кавитационной прочности с различными параметрами морской воды
В. П. Елистратов$^1$, Г. Н. Кузнецов$^2$, Н. П. Мельников$^3$
Исследованы физические зависимости и корреляционной связи порогов возникновения кавитации (ПВК), измеренных в различных районах Атлантического, Индийского и Тихого океанов, с гидрологическими, гидрофизическими и гидрохимическими характеристиками морской воды. Подтверждено существование широтного эффекта (ШЭ) и установлена повышенная статистическая связь ПВК с общим газо- и кислородосодержанием, температурой и щелочностью. Показано влияние на ПВК зон дивергенции и конвергенции, а также морских течений.
Показать АннотациюВлияние точечных дефектов на пространственную локализацию нелинейных волн, распространяющихся в материалах
Влияние точечных дефектов на пространственную локализацию нелинейных волн, распространяющихся в материалах
В. И. Ерофеев, А. В. Леонтьева, А. О. Мальханов
Показано, что самосогласованная математическая модель, включающая в себя уравнения теории упругости и кинетические уравнения для плотностей различных типов точечных дефектов, может быть сведена к нелинейному эволюционному уравнению, объединяющему в себе известные уравнения волновой динамики: Кортевега-де Вриза-Бюргерса и Клейна-Гордона. Найдены и проанализированы точные аналитические решения этого уравнения.
Показать АннотациюОсобенности нелинейной трансформации акустических волн при наклонном падении на плоскую границу двух твердых тел
Особенности нелинейной трансформации акустических волн при наклонном падении на плоскую границу двух твердых тел
А. И. Кокшайский, Н. В. Ширгина, А. И. Коробов
Проанализированы особенности нелинейной трансформации продольной и сдвиговой акустических волн с вертикальной поляризацией (SV-волны) при их падении под углом 45о на плоскую границу двух шероховатых сред. Исследования производились спектральным методом по эффективности генерации амплитуды первой и второй продольных и третьей сдвиговой акустических гармоник, отраженных и прошедших через плоскую границу двух твердых тел в зависимости от внешнего давления, приложенного к границе. Амплитуды гармоник немонотонно зависели от величины внешнего статического давления, приложенного к границе. Полученные результаты находятся в согласии с проведенным анализом, свидетельствуют о присутствии сильной структурной нелинейности на границе двух сред, обусловленной механизмами контакта Герца и гистерезисной нелинейностью и могут быть использованы при диагностике качества сварных швов.
Показать АннотациюУпругие свойства изотропного графита
Упругие свойства изотропного графита
А. И. Коробов$^1$, В. М. Прохоров$^2$, Н. В. Ширгина$^1$, А. И. Кокшайский$^1$
В данной работе ультразвуковым методом исследованы линейные и нелинейные упругие свойства графита. Измерения проводились импульсным методом. В образцах изотропного конструкционного графита, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, измерены скорости сдвиговых и продольных объемных упругих волн (ОАВ). Измерения скорости ОАВ позволили определить все независимые компоненты тензора упругости второго порядка в графите. В этих образцах также был исследован акустоупругий эффект: экспериментально измерена зависимость скоростей ОАВ от величины одноосного сжатия, приложенного к образцу. По результатам этих измерений методом Терстона-Браггера определены все независимые компоненты тензора упругости третьего порядка в изотропном графите.
Показать Аннотацию