Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

06.03 Скорость, дисперсия, рассеяние, дифракция и затухание в твердых телах; упругие константы

 

Коробов А.И., Кокшайский А.И., Ширгина Н.В., Ахматгалиев В.А. «Генерация высших акустических гармоник на плоской шероховатой границе двух твердых тел» Акустический журнал, 63, № 5, с. 481-488 (2017)

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния статического давления, приложенного к плоской шероховатой границе двух твердых тел, на ее нелинейные упругие свойства. Исследования проведены спектральным методом по эффективности генерации высших акустических гармоник, возникающих при отражении от границы и прохождении через нее продольной упругой волны конечной амплитуды. Была обнаружена немонотонная зависимость амплитуд акустических гармоник от величины приложенного к границе внешнего реверсивного статического давления: для амплитуд второй и третьей гармоник наблюдались выраженные максимумы амплитуды с уменьшением внешнего статического давления. Было также обнаружено, что амплитуды второй, третьей и четвертой акустических гармоник увеличиваются при уменьшении внешнего статического давления (по сравнению с их значениями при тех же величинах давления при его увеличении). Экспериментально определенная степенная зависимость высших акустических гармоник от амплитуды первой акустической гармоники значительно отличалась от классических показателей для этих гармоник. Было проанализировано влияние внешнего давления на величину нелинейных упругих параметров второго и третьего порядков. Анализ экспериментальных результатов был проведен на основе неклассической акустической нелинейности.

Акустический журнал, 63, № 5, с. 481-488 (2017) | Рубрики: 05.04 06.03 09.01 14.04

 

Козлов А.В., Можаев В.Г. «Локализованные акустические волны и резонансы в слоях кристаллов с отрицательной рефракцией» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 6. "Метаматериалы, периодические и дискретные структуры", с. 21-23 (2006)

Волновые свойства сред с отрицательной рефракцией стали объектом интенсивных исследований в физике после 2000 г. В статье D.R. Smith, W.J. Padilla, D.C. Vier, S.C. Nemat-Nasser, S. Schultz // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. No 18. P. 4184 сообщалось о создании композитной среды, обладающей отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями (ε и μ), что вызывало отрицательную рефракцию электромагнитных волн. К одним из наиболее интересных следствий отрицательной рефракции относится возможность фокусировки за счет этого эффекта волновых лучей, расходящихся от точечного источника, при их преломлении на абсолютно плоской границе раздела двух сред. В сильно анизотропных средах, таких как плазма, отрицательная рефракция электромагнитных волн может возникать вследствие наличия вогнутости на поверхности медленности, т.е. за счет анизотропии, а не за счет отрицательности ε и μ. Предложение фокусировать акустические волны при помощи отрицательной рефракции в кристаллах с локальной вогнутостью поверхности медленности, основанное на аналогии со случаем плазмы, было сделано в 1973 году в одной из заключительных фраз статьи K. Imamura, S. Tamura // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. No 17. Paper. 174308. Это предложение, по-видимому, не было замечено другими исследователями, а первое исследование такого рода фокусировки было предпринято только в 2004 году в теоретической статье B.C. Daly, T.B. Norris, J.Chen, J. B. Khurgin // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. No 21. Paper. 214307. . Результаты этой работы получены с использованием лучевого подхода и метода конечных элементов, но они ограничены данными о распределении волнового поля только на оси фокусировки. В настоящей работе эта и аналогичные задачи решаются с использованием иного подхода, основанного на использовании параболического уравнения, что позволяет описывать трехмерное пространственное распределение фокусируемых полей. Полученное таким способом решение позволяет объяснить причину слабой фокусировки, наблюдаемой при численном моделировании в работе2004 г. и дает возможность сформулировать условия реализации эффекта фокусировки. Решение параболического уравнения используется далее для описания пространственно локализованных линзовых акустических мод в периодической многослойной структуре, содержащей плоскопараллельные кристаллические слои с отрицательной рефракцией. Анализ формы волновых фронтов для этих мод показывает возможность создания кристаллических резонаторов объемных акустических волн с фокусировкой и локализацией мод за счет эффекта отрицательной рефракции на границе раздела кристаллических слоев.

Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 6. "Метаматериалы, периодические и дискретные структуры", с. 21-23 (2006) | Рубрика: 06.03

 

Овчинникова Г.И., Еремеев А.П., Белугина Н.В., Гайнутдинов Р.В., Иванова Е.С., Толстихина А.Л. «Диэлектрические потери и температурная динамика доменной структуры триглицинсульфата» Труды школы-семинара “Волны-2016”. Секция “Спектроскопия и томография”, с. 27-30 (2016). 66 с.

Труды школы-семинара “Волны-2016”. Секция “Спектроскопия и томография”, с. 27-30 (2016). 66 с. | Рубрика: 06.03

 

Недоспасов И.А., Можаев В.Г., Кузнецова И.Е. «Изучение обратных сдвиговых волн в пьезоэлектрических пластинах кристаллов класса 2mm на основе асимптотического разложения дисперсионных уравнений» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 62-63 (2017)

Из разложения дисперсионных уравнений вблизи точек рождения высших мод следует, что дисперсионные зависимости для изучаемых волн можно представить в виде суммы двух слагаемых, соответствующих двум различным механизмам возникновения обратных волн. Одно из них пропорционально кривизне кривой медленности в вертикальном направлении. Второе пропорционально отрицательному смещению волновых лучей при отражении. Конкуренция этих двух механизмов объясняет и описывает количественно спектр и существование обратных сдвиговых волн в случае X-среза, либо их отсутствие в случае Y-среза в пластинах кристаллов KNbO3 класса 2mm.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 62-63 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Коробов А.И., Одина Н.И., Асеев Е.М. «экспериментальное исследование быстрой и медленной динамики крутильных волн в поликристаллической меди» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 63 (2017)

Представлены результаты экспериментального исследования быстрой и медленной динамики крутильных волн в акустических резонаторах из поликристаллической меди двумя методами: резонансным (на частоте 9,7 кГц) и импульсным (на частоте 138 кГц). В обоих случаях с ростом амплитуды наблюдалось линейное уменьшение скорости крутильных волн. Проведено сравнение с аналогичными результатами, полученными с использованием продольных волн. Для крутильных волн относительное изменение частоты примерно в 2 раза меньше, чем для продольных волн. При увеличении амплитуды зондирующего сигнала обнаружено нелинейное затухание как крутильных, так и продольных волн. Обнаруженные зависимости поглощения и скорости крутильных волн от амплитуды зондирующего сигнала объясняются наличием в образце структурной упругой нелинейности.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 63 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Ахмеджанов Ф.Р., Байтелесов С.А., Болтабаев А.Ф., Кунгуров Ф.Р., Аликулов С.А., Салихбаев У.С. «Характеристики упругости алюминиевого сплава САВ-1» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 72 (2017)

В работе модифицированным методом импульсной интерференции на частоте 10 МГц с точностью 0.01% определены скорости сдвиговых и продольных объемных акустических волн в алюминиевом сплаве САВ-1, используемым в качестве конструкционного материала в ядерных реакторах. По результатам измерений рассчитаны все основные характеристики упругости – модуль сдвига, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль объемной упругости и компоненты тензора упругости. Проведено сравнение с характеристиками упругости алюминиевых сплавов АМГ-2 и АМГ-6. Показано, что атомы магния и кремния в качестве примеси внедрения ослабляют центральные силы взаимодействия между атомами и приводят к уменьшению упругих модулей, характеризующих продольную и объемную деформации.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 72 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Ахмеджанов Ф.Р., Азаматов З.Т., Саидвалиев У.А. «Затухание акустических волн в кристаллах германата и силиката висмута» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 73 (2017)

Скорость распространения и коэффициент затухания акустических волн в кристаллах германата и силиката висмута измерены методом Брэгговской дифракции света в частотном диапазоне 0.2–1.8 ГГц. Акустические волны распространялись вдоль направлений[100], [110] и[111]. Точность ориентации образцов составляла около 1°. Продольные и поперечные акустические волны возбуждались пьезопреобразователями из кварца, соответственно Х- или Y-среза толщиной 70–100 мкм. По результатам измерений рассчитаны действительные и мнимые компоненты комплексного тензора упругих модулей, которые использовались для построения характеристических поверхностей скорости и затухания акустических волн с учетом влияния пьезоэлектрического эффекта. Определен параметр упругой анизотропии C=C12+2C44–C1, который оказался для этих кристаллов отрицательным. Проведен анализ анизотропии затухания акустических волн с различной поляризацией, распространяющихся в кристаллографических плоскостях, ортогональных осям симметрии второго и четвертого порядка. Показано, что для продольных волн вдоль [111] и медленных поперечных волн вдоль [110] с поляризацией по [001], которые являются пьезоактивными, необходимо учитывать вклад диэлектрических потерь. Из сравнения данных по скорости и затуханию пьезоактивных волн и значений эффективных упругих модулей в кристаллах Bi12GeO20 и Bi12SiO20 определены пьезоэлектрический коэффициент, тангенс угла диэлектрических потерь и коэффициент электромеханической связи для продольных волн вдоль [111] и для поперечных волн вдоль [110].

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 73 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Ахмеджанов Ф.Р., Азаматов З.Т., Болтабаев А.Ф., Саидвалиев У.А. «Параметр упругой анизотропии в нецентросимметричных кубических кристаллах» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 73 (2017)

Исследована анизотропия упругих свойств нецентросимметричных кубических кристаллов германата и силиката висмута. Определен параметр упругой анизотропии и построены характеристические поверхности скорости упругих волн в данных кристаллах. Показано, что они относятся к кристаллам с отрицательной анизотропией упругих модулей второго порядка. Сравнение результатов эксперимента с рассчитанными через введенный параметр анизотропии значениями скоростей акустических волн показывает хорошее совпадение.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 73 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Грищенко А.И., Третьяков Д.А., Семенов А.С. «Исследование связи между параметром акустической анизотропии и мерами напряженно-деформированного состояния» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 77 (2017)

Выполнена оценка влияния напряженно-деформированного состояния материала на акустическую анизотропию при упруго-пластическом деформировании. волны в случае неодноосного напряженно-деформированного состояния при неупругом деформировании пластины с концентратором напряжений (в виде центрального отверстия). Представлены экспериментальные результаты для нескольких уровней деформации, а также результаты конечно-элементного анализа действующих напряжений. Установлено, что наилучшая корреляция наблюдается между акустической анизотропией и мерами деформации, в частности со вторым инвариантом девиатора тензора деформации.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 77 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Коробов А.И., Одина Н.И., Асеев Е.М. «Экспериментальное исследование быстрой и медленной динамики крутильных волн в поликристаллической меди» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Приведены результаты экспериментального исследования быстрой и медленной динамики крутильных волн в акустических резонаторах из поликристаллической меди двумя методами: резонансным (на частоте 3 кГц) и импульсным (на частоте 138 кГц). В обоих случаях с ростом амплитуды наблюдалось линейное уменьшение скорости крутильных волн с увеличением их амплитуды. Проведено сравнение с аналогичными результатами, полученными с использованием продольных волн. Для крутильных волн относительное изменение частоты примерно в 2 раза меньше, чем для продольных волн. При увеличении амплитуды зондирующего сигнала обнаружено нелинейное затухание как крутильных, так и продольных волн. Обнаруженные зависимости поглощения и скорости крутильных волн от амплитуды зондирующего сигнала объясняются наличием в образце структурной упругой нелинейности.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Недоспасов И.А., Можаев В.Г., Кузнецова И.Е. «Изучение обратных сдвиговых волн в пьезоэлектрических пластинах кристаллов класса 2mm на основе асимптотического разложения дисперсионных уравнений» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Из разложения дисперсионных уравнений вблизи точек рождения высших мод следует, что дисперсионные зависимости для изучаемых волн можно представить в виде суммы двух слагаемых, соответствующих двум различным механизмам возникновения обратных волн. Одно из них пропорционально кривизне кривой медленности в вертикальном направлении. Второе пропорционально отрицательному смещению волновых лучей при отражении. Конкуренция этих двух механизмов объясняет и описывает количественно спектр и существование обратных сдвиговых волн в случае X-среза, либо их отсутствие в случае Y-среза в пластинах кристаллов KNbO3 класса 2mm.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Коробов А.И., Прохоров В.М., Ширгина Н.В., Кокшайский А.И. «Упругие свойства изотропного графита» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

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.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Ерофеев В.И., Мальханов А.О. «Дисперсия и самомодуляция волн, распространяющихся в твердом теле с дислокациями» Физическая мезомеханика: Международный журнал, 20, № 4, с. 69-76 (2017)

Получены основные уравнения, описывающие распространение ультразвуковой волны в среде с дислокациями. Приведены дисперсионные зависимости в предположении, что колебания дислокаций происходят без затухания, т.е. дислокационная составляющая общей системы является консервативной. Показано, что распространение ультразвуковых волн характеризуется двумя дисперсионными ветвями («акустической» и «оптической»). С ростом волнового числа фазовая скорость волны, принадлежащей «акустической» ветви, с конечного значения асимптотически убывает до нуля, в то время как скорость волны, принадлежащей «оптической» ветви, с бесконечности асимптотически убывает до конечного значения, соответствующего скорости распространения продольной волны. С помощью критерия Лайтхилла исследована модуляционная неустойчивость. Определен вид волновых пакетов, на которые разбивается квазигармоническая волна в результате модуляционной неустойчивости. Показано, что могут существовать как периодические стационарные волны огибающих, так и уединенная стационарная волна огибающей. Определены зависимости высоты и ширины волнового пакета, сформировавшегося в результате самомодуляции квазигармонической волны, с основными характеристиками дислокационной структуры.

Физическая мезомеханика: Международный журнал, 20, № 4, с. 69-76 (2017) | Рубрика: 06.03

 

Муравьев В.В., Муравьева О.В., Петров К.В. «Связь механических свойств пруткового проката из стали 40Х со скоростью объемных и рэлеевских волн» Дефектоскопия, № 8, с. 20-28 (2017)

Представлены результаты исследований влияния структурных состояний образцов прутков стали 40Х, полученных различными режимами термической обработки, на скорости распространения продольной, поперечной и рэлеевской волн. Для исследований применен зеркально-теневой метод многократных отражений с использованием специализированных проходных и накладных электромагнитно-акустических преобразователей. Показана связь скоростей волн с пределами прочности и текучести, пластичностью и твердостью исследованных образцов. Приведены зависимости скорости распространения акустических волн от механических растягивающих напряжений, определены значения акусто-упругих коэффициентов.

Дефектоскопия, № 8, с. 20-28 (2017) | Рубрики: 06.03 06.13

 

Поликарпова Н.В., Волошинов В.Б. «Распространение и отражение объемных акустичеких волн в сильно анизотропных кристаллах» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 30-32 (2006)

Основной целью работы является исследование необычных случаев распространения и отражения объемных акустических волн в акустооптическом кристалле парателлурита. Известно, что кристалл парателлурита активно используется в настоящее время в приборах для контроля оптического излучения, таких как модуляторы, дефлекторы и акустооптические фильтры. Исследованы особенности отражения акустических волн в плоскости XOY для тетрагональных кристаллов в случае скользящего падения акустической волны на свободную, плоскую и однородную поверхность, разделяющую кристалл и вакуум. Для реализации скользящего падения кристалл изготавливается в форме прямоугольной призмы. С помощью пластинки пьезоэлектрического преобразователя, присоединенного к боковой грани призмы, в кристалле возбуждается объемная акустическая волна. Из-за упругой анизотропии материала акустический пучок падает на нижнюю грань призмы, причем угол падения равен 90°, так как фронт волны ортогонален границе. Анализ доказывает, что при скользящем падении на границу раздела могут наблюдаться две отраженные акустические волны, причем энергия одной из отраженных волн может распространяться практически навстречу потоку энергии падающей волны. Таким образом, в сильно анизотропных средах при скользящем падении акустической волны на свободную границу раздела кристалл–вакуум может реализоваться явление близкого к обратному отражения энергии. При проведении исследований определялось, каким образом распределяется энергия падающей акустической волны между потоками энергии двух отраженных упругих волн. Для этого по известной методике были рассчитаны коэффициенты отражения, характеризующие энергетические потоки для обычно и необычно отраженных волн ультразвука в тетрагональных кристаллах. Расчет показал, что в парателлурите коэффициент отражения энергии для необыкновенно отраженной волны может быть близок к 100% в большом диапазоне углов среза образцов. Более того, было обнаружено, что существуют такие значения углов среза, при которых энергия падающей волны преобразуется в энергию только одной отраженной волны. По аналогии с оптикой, подобные углы среза кристалла были названы углами Брюстера. Анализ доказал, что при отражении акустических волн в кристалле также возможны ситуации, когда от границы раздела всегда распространяется только одна отраженная волна. Это происходит при значениях угла среза, превышающих критический угол. Явление аномального отражения было исследовано в кристаллических материалах, обладающих различной степенью упругой анизотропии. Оказалось, что эффект близкого к обратному отражения существует только в материалах с сильной анизотропией упругих свойств, причем интенсивность необычно отраженной акустической волны возрастает с ростом упругой анизотропии материала. При исследовании основные выводы теоретического рассмотрения были проверены экспериментально в кристаллах парателлурита. Для этого падающий и отраженные акустические пучки были визуализированы акустооптическим методом с помощью дифракции света на ультразвуке. Эксперимент доказал, что поток энергии одной из отраженных волн распространялся практически в обратном направлении по отношению к потоку энергии падающей акустической волны. Таким образом, эксперимент подтвердил основные теоретические выводы и доказал, что в кристалле парателлурита при скользящем падении акустических волн может произойти эффективное обратное отражение упругой энергии от свободной грани образца. При исследовании анализировались более общие случаи наклонного падения объемных акустических волн на свободную границу раздела кристалл-вакуум. Проведенное рассмотрение обратного акустического отражения в материалах с различной степенью упругой анизотропии позволило полнее понять общие закономерности волновых явлений в анизотропных средах и выявить ранее не известные особенности отражения волн в средах с сильной анизотропией физических свойств. Можно также предположить, что необычное обратное отражение энергии характерно не только для кристаллов, но также и для таких сред, как плазма, ионосфера, композитные материалы, и т.д. Анализ доказал, что исследованное явление может быть рекомендовано для применения в науке и технике, например, в акустоэлектронных линиях задержки с малыми размерами кристаллов или в коллинеарных перестраиваемых акустооптических фильтрах.

Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 30-32 (2006) | Рубрики: 04.05 06.03