Теоретический анализ зависимости радиационной силы, оказываемой акустическим пучком на твердотельный сферический рассеиватель, от соотношения ширины пучка и диаметра рассеивателя
Теоретический анализ зависимости радиационной силы, оказываемой акустическим пучком на твердотельный сферический рассеиватель, от соотношения ширины пучка и диаметра рассеивателя
А. В. Николаева$^1$, О. А. Сапожников$^{1,2}$, М. Р. Бэйли$^2$
В работе теоретически решается задача повышения эффективности метода дистанционного перемещения небольших объектов под действием радиационной силы путем выбора оптимальных параметров ультразвукового пучка. Рассматривается расположенный в жидкости твердотельный сферический рассеиватель, на который падает фокусированный ультразвуковой пучок. Одним из практически важных является вопрос о том, как радиационная сила зависит от соотношения между поперечной шириной пучка и диаметром рассеивателя. Как показали расчеты для пучка с квазигауссовским поперечным распределением, зависимость имеет четко выраженный максимум при близости поперечных размеров пучка и рассеивателя. Аналогичный результат был получен и при использовании более приближённого к практике поршневого фокусирующего излучателя. Была высказана гипотеза, что физической причиной указанного эффекта является резонансное возбуждение сдвиговых волн акустической волной, распространяющейся вдоль поверхности камня в воде. Для проверки были проведены вычисления силы для двух материалов рассеивателя: моногидрата оксалата кальция (материал одного из типов почечных камней) и гипсового цемента марки U-30. При расчётах скорость продольной волны фиксировалась, а скорость поперечной волны изменялась в широком диапазоне. Оказалось, что наибольшая радиационная сила действительно достигалась при близости скорости поперечных волн в камне к скорости звука в жидкости.
Показать АннотациюНелинейные эффекты в поле вязких волн
Нелинейные эффекты в поле вязких волн
А. С. Павловский, Н. Г. Семёнова
Выполнено численное исследование нелинейных нестационарных полей скорости и давления вязкой несжимаемой жидкости вблизи колеблющейся твердой пластины бесконечно малой толщины и ограниченной длины в направлении колебаний. Показано, что ограничение размера пластины вдоль направления её колебаний приводит к нелинейности задачи даже при малой амплитуде колебаний поверхности пластины. Исследованы поля давления и скорости при больших амплитудах колебаний поверхности пластины. Объяснено возникновение потоков вытеснения при колебании пластины бесконечно малой толщины и ограниченной длины.
Показать АннотациюИзмерение производительности акустического фонтана
Измерение производительности акустического фонтана
В. О. Фатеев, И. И. Конопацкая, П. А. Пятаков, M. A. Mironov
Измерена производительность (объемная скорость) акустического фонтана и показано, что производительность пропорциональна акустической мощности. Определен коэффициент пропорциональности.
Показать АннотациюОтражение интенсивных сфокусированных акустических пучков от акустически мягкой границы
Отражение интенсивных сфокусированных акустических пучков от акустически мягкой границы
М. С. Дерябин$^1$, Д. А. Касьянов$^1$, В. В. Курин$^2$
Исследуются нелинейные эффекты в интенсивных сфокусированных акустических пучках отражённых от акустически мягкой границы. Для проведения экспериментов использовалась экспериментальная установка, созданная на базе измерительного комплекса фирмы Precision Acoustics (Ultrasound Measurement System Control Centre). Для регистрации акустических сигналов применялись миниатюрные оптоволоконные гидрофоны (Fibre-optic Hydrophone System фирмы Precision Acoustics), которые обладают широким частотным и динамическим диапазоном. Для излучения использовался фокусирующий излучатель фирмы Olympus, имеющий рабочую частоту 1 МГц и фокусное расстояние 16 см. В качестве акустически мягкой границы использовалась граница раздела вода-воздух. Исследованы основные закономерности отражения сфокусированных акустических пучков от мягкой границы. Показано, что основным параметром, определяющим трансформацию профиля волны в отражённом пучке, является взаимное положение отражающей границы по отношению к фокальной области излучателя. При совмещении фокальной плоскости излучателя с поверхностью воды, можно получить заметное увеличение интенсивности акустического поля в отраженном акустическом пучке по сравнению со случаем фокусировки в «безграничной среде».
Показать АннотациюЭкспериментальное исследование акустических параметров эпоксидной смолы в процессе полимеризации
Экспериментальное исследование акустических параметров эпоксидной смолы в процессе полимеризации
М. С. Дерябин$^1$, Д. А. Касьянов$^1$, В. В. Курин
Работа посвящена экспериментальному исследованию акустических характеристик сред, находящихся на пороге перколяционного перехода, связанного с изменением концентрации структурных связей. В качестве модели рассматривался полимеризующийся эпоксидный компаунд. В экспериментах измерялись одновременно скорость звука, затухание волны накачки, амплитуды первых трёх гармоник в зависимости от времени. Особый интерес представляют данные, полученные для динамики амплитуд гармоник акустического сигнала с течением времени, которые представляют зависимость «нелинейного акустического портрета» процесса полимеризации от стадии этой полимеризации, т.е. от изменяющейся структуры вещества. Можно отметить несколько характерных моментов в поведении гармоник акустического поля, распространяющихся в среде, у которой меняется структура по законам полимеризации. На первоначальном этапе полимеризации относительные уровни первой и второй гармоник практически не меняются, а относительный уровень третьей гармоники возрастает с течением времени на порядок. На втором этапе в среде резко возрастает затухание – уровни гармоник существенно падают. Далее наступает момент, когда затухание начинает резко уменьшаться, уровни гармоник за короткое время достигают значений порядка максимальных, показанных на первом этапе полимеризации. В этот момент параметры квадратичной и кубичной нелинейности полимеризующегося вещества показывают резкий экстремум.
Показать АннотациюЭкспериментальное исследование распространения интенсивных узкополосных шумовых пучков
Экспериментальное исследование распространения интенсивных узкополосных шумовых пучков
М. С. Дерябин$^1$, С. Н. Гурбатов$^2$, Д. А. Касьянов$^1$, В. В. Курин$^2$
Экспериментально исследованы нелинейные эффекты, возникающие при распространении интенсивных узкополосных шумовых пучков. Специально созданная экспериментальная установка позволяет излучать в среду шумовые акустические сигналы с заданными характеристиками и регистрировать их по мере распространения в широком частотном диапазоне. Экспериментальная установка создана на базе автоматического акустического измерительного комплекса фирмы Precision Acoustics (Ultrasound Measurement System Control Centre), позволяющего позиционировать гидрофон и излучатель с абсолютной точностью не менее 6 мкм. Для регистрации акустических сигналов использовался мембранный PVDF-гидрофон, имеющий калибровку от производителя в диапазоне частот до 40 МГц. При этом неравномерность характеристики чувствительности в данном диапазоне частот не превышает 20%. Для излучения шумовых импульсов использовался излучатель Olympus, имеющий добротность около трёх. Рабочая частота излучателя 2 МГц. Характерный уровень акустического давления на апертуре излучателя составлял 1 МПа. В результате экспериментов показано, что форма спектра сигнала по мере распространения шумового импульса трансформируется к универсальной структуре.
Показать АннотациюВзаимодействие и самовоздействие интенсивных акустических пучков. Теория и эксперимент
Взаимодействие и самовоздействие интенсивных акустических пучков. Теория и эксперимент
М. С. Дерябин$^1$, С. Н. Гурбатов$^2$, Д. А. Касьянов$^1$, В. В. Курин$^2$
Описана серия экспериментов по взаимодействию и самовоздействию интенсивных акустических волновых пучков. Используемая экспериментальная техника позволяет исследовать распространение пучков при больших акустических числах Рейнольдса с высоким пространственным и частотным разрешением. Рассмотрено вырожденное параметрическое взаимодействие интенсивных акустических пучков, рассмотрено нелинейное усиление слабого сигнала на субгармонике и исследована эволюция шумовых квазимонохроматических пучков при больших числах Рейнольдса.
Показать АннотациюОпределение модулей металлических композитов бесконтактной регистрацией оптико-акустических импульсов
Определение модулей металлических композитов бесконтактной регистрацией оптико-акустических импульсов
В. В. Кожушко$^1$, В. П. Сергиенко$^1$, В. Н. Мышковец$^2$
Технология композитных материалов – быстро развивающееся и перспективное направление в решении эксплуатационных, экономических и экологических задач по замещению материалов предыдущих поколений. Определение упругих свойств композитов на этапе разработки необходимо для подтверждения их соответствия предъявляемым требованиям. В работе показаны возможности измерения скорости продольных и сдвиговых ультразвуковых импульсов, возбуждаемых в результате оптико-акустического преобразования в металлических композитах. Особенностью предлагаемого подхода является бесконтактная регистрации ультразвука электромагнитным акустическим преобразователем.
Показать АннотациюАкустическая калибровка района установки антенн с использованием векторно-скалярных модулей
Акустическая калибровка района установки антенн с использованием векторно-скалярных модулей
А. И. Белов, Г. Н. Кузнецов
Оцениваются параметры модели поверхностных слоев грунта в мелком море. Для анализа модовой структуры используются импульсы буксируемого пневмоисточника и преобразование Вигнера. Вертикальные векторные приемники выделяют семь мод. Скалярные приемники или горизонтальные векторные приемники выделяют только три моды. Показано, что использование вертикальных векторных приемников повышает точность оценки параметров модели слоистого дна.
Показать АннотациюЗатухание звукового давления и ортогональных проекций вектора колебательного ускорения в мелком море
Затухание звукового давления и ортогональных проекций вектора колебательного ускорения в мелком море
А. И. Белов, Г. Н. Кузнецов
Исследования пространственного затухания низкочастотных векторно-скалярных звуковых полей в мелком море выполнены с использованием буксируемой пневмопушки и четырехкомпонентных векторно-скалярных приемников. Экспериментальные данные и вычисленные на основе акустической калибровки волновода законы спадания звукового давления и ортогональных векторных проекций колебательного ускорения показали, что вертикальная проекция вектора колебательного ускорения убывает заметно быстрее, чем поле звукового давления.
Показать Аннотацию