Влияние 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 АннотациюТеоретический 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 Аннотацию