Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

04.16 Волны в многофазных, пористых, резиноподобных средах, полимерах

 

Лебедев А.В. «Нелинейный релаксационный механизм генерации шума фильтрации в пористых средах» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 66 (2019). 106 с.

Предложена модель, которая объясняет причину возникновения нестационарности на микроскопическом уровне и связанной с ней генерации шума фильтрации в пористых средах. Шум не связан с гидродинамическими источниками, и для его возникновения не требуется переход к турбулентному режиму течения в порах. Физический механизм нестационарности течения связан с развитием неустойчивости в области контакта трещин или зерен, а также наличием релаксационных явлений в полостях и каналах, всегда присутствующих в горных породах. Показано, что при наличии таких структурных элементов возникает режим автоколебаний. Предложенная модель находится в удовлетворительном согласии с известными экспериментальными данными.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 66 (2019). 106 с. | Рубрика: 04.16

 

Хачай О.А., Хачай А.Ю., Хачай О.Ю. «Алгоритм распространения продольных и поперечных волн в слоисто блоковой среде с составными иерархическими включениями различного ранга и различными физико-механическими свойствами» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 79 (2019). 106 с.

Иерархическая структура характерна для многих систем, особенно для литосферы Земли, где было выделено по геофизическим исследованиям более 30 иерархических уровней от тектонических плит протяженностью в тысячи километров до отдельных минеральных зерен миллиметрового размера. Таким образом, земная кора представляет собой не сплошную среду, а дискретную систему блоков и, как любой синергетический дискретный ансамбль, обладает свойствами иерархичности и самоподобия. Процессы разработки нефтегазовых месторождений связаны с движением многофазных многокомпонентных сред, которые характеризуются неравновесными и нелинейными реологическими свойствами. Реальное поведение пластовых систем определяется сложностью реологии движущихся жидкостей и морфологического строения пористой среды, а также многообразием процессов взаимодействия между жидкостью и пористой средой. Учет этих факторов необходим для содержательного описания процессов фильтрации за счет нелинейности, неравновесности и неоднородности, присущих реальным системам. При этом выявляются новые синергетические эффекты (потеря устойчивости с возникновением колебаний, образование упорядоченных структур). Это позволяет предложить новые методы контроля и управления сложными природными системами, которые настроены на учет этих явлений. Таким образом, пластовая система, из которой необходимо извлечь нефть, представляет собой сложную динамическую иерархическую систему. Разработан новый метод моделирования активного акустического мониторинга с использованием источника продольных и поперечных волн слоисто-блоковой упругой среды с несколькими включениями различного физико-механического и фазового иерархического строения. Разработан итерационный процесс решения прямой задачи для случая трех иерархических включений l, m, s-ых рангов на основе использования 2D-интегро дифференциальных уравнений. Степень иерархичности включений определяется значениями их рангов, которые могут быть различными. Иерархические включения расположены в разных слоях друг над другом: верхнее аномально напряженное, второе флюидо-насыщенное и третье аномально плотностное. Степень заполнения включениями каждого ранга для всех трех иерархических включений различная. Результаты моделирования могут быть использованы при проведении мониторинговых исследований контроля флюидо отдачи нефтяных месторождений и для анализа динамического состояния горного массива глубокозалегающих месторождений. Ключевые слова: иерархическая среда, акустическое поле, итерационный алгоритм, интегро-дифференци-альные уравнения, прямая задача

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 79 (2019). 106 с. | Рубрика: 04.16

 

Конопацкая И.И., Миронов М.А., Пятаков П.А., Фатеев В.О. «Особенности акустического фонтана в жидкой слоистой среде» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 82 (2019). 106 с.

Представлено экспериментальное исследование акустического фонтана, индуцированного с помощью сферического фокусирующего излучателя, в жидкой слоистой среде – слой нефти на поверхности воды. Установлено наличие порогового значения толщины приповерхностного слоя, при которой сформировавшаяся струя фонтана становится однородной по составу со 100% содержанием нефти. Получены зависимости процентного соотношения фракций в зависимости от толщины приповерхностного слоя и от величины акустической мощности.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 82 (2019). 106 с. | Рубрика: 04.16

 

Ерофеев В.И., Павлов И.С. «Распространение акустических и ротационных волн в трехмерной кристаллической среде из сферических частиц» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 85-86 (2019). 106 с.

Создание перспективных конструкционных материалов с необычными свойствами является весьма актуальной научной задачей XXI века. Свойства таких материалов определяются их структурой на микро- и наномасштабах. Проводить их исследования целесообразно с помощью акустических волн, которые, в отличие от электромагнитных волн и рентгеновского излучения, могут распространяться в толще среды, куда последние не проникают. Акустические волны являются собственными колебаниями материала и несут информацию о его геометрической структуре и физических свойствах, правда, в зашифрованном виде. Для расшифровки этой информации возникает необходимость разработки структурных моделей, которые, в отличие от феноменологических, позволяют установить взаимосвязь между макропараметрами среды и параметрами ее микроструктуры. Разработана трехмерная математическая модель кристаллической среды, представляющей собой кубическую решетку из сферических частиц, обладающих тремя трансляционными и тремя ротационными степенями свободы. Частицами такой среды могут быть, например, фуллерены. Считается, что каждая частица взаимодействует с 20 ближайшими соседями по решетке. Это взаимодействие моделируется системой упругих пружин и описывается квадратичным потенциалом. Выведены линейные уравнения в частных производных, описывающие распространение и взаимодействие волн различных типов в данной кристаллической среде. Найдены и проанализированы соотношения между скоростями акустических волн и параметрами микроструктуры (размер частиц, жесткости пружин) такой среды. Показано, как по измерению скоростей акустических волн, распространяющихся вдоль разных кристаллографических направлений, определить упругие модули материала. Прозрачность связи микроструктуры с “феноменологией”, заложенная в такой модели, открывает большие возможности для решения задач параметрической идентификации и целенаправленного проектирования материалов с заданными физико-механическими свойствами. Ключевые слова: акустические волны, кристаллическая среда, параметры микроструктуры

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 85-86 (2019). 106 с. | Рубрика: 04.16

 

Захаров Д.Д. «Нахождение полного бесконечно го спектра волновых чисел изотропно-слоистых пластин в низкочастотном диапазоне» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 92 (2019). 106 с.

Исследуется бесконечный спектр волновых чисел слоистых пластин с однородными граничными условиями на лицевых поверхностях, т.е. свободных от напряжений, жестко защемленных, или поверхностях, где в одних направлениях заданы нулевые напряжения, а в остальных – нулевые перемещения. Материалы слоев предполагаются изотропными линейно-упругими. Рассмотрены гармонические волны с P- и SV-поляризацией. Известно, что при всякой частоте может существовать лишь конечное количество вещественных и чисто мнимых волновых чисел, но счетное множество комплексных. Несмотря на значительный прогресс и наличие эффективных алгоритмов расчета конечной части спектра, задача нахождения всего счетного множества комплексных волновых чисел остается наименее изученной. Однако, информация о полном спектре необходима для анализа пограничных слоев, построения неотражающих граничных условий в волноводах, анализа разложения волнового поля в ряд по собственным волнам вблизи неоднородностей и концентраторов напряжений и т.д., что и мотивировало данную работу. С этой целью предложены удобные передаточные матрицы, найдены их обращения в замкнутом виде и для «матриц-пропагаторов» выведены асимптотики при больших по модулю значениях волновых чисел. Получены в явном виде дисперсионные уравнения и их асимптотическое представление при больших волновых числах или малых частотах. Предложен алгоритм вывода асимптотик волновых чисел в статике и в длинноволновом приближении, оценена погрешность асимптотик. Показано, что имеются критические значения геометрических параметров, при которых изменяется тип асимптотик. Предложен итерационный алгоритм расчета точных комплексных дисперсионных кривых. Рассмотрен пример расчета спектра волновых чисел для симметричных и антисимметричных волн Лэмба в трехслойной пластине. Показано, что для счетного множества комплексных волновых чисел, статическая и длинноволновая асимптотики тем точнее, чем выше номер дисперсионной кривой, так что бесконечная часть спектра может быть описана простыми формулами. Рассмотрены различные значения геометрических параметров. Приведены результаты расчетов, показана хорошая сходимость и высокая точность разработанных алгоритмов. Ключевые слова: слоистые пластины, комплексные волновые числа, бесконечный спектр

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 92 (2019). 106 с. | Рубрика: 04.16

 

Щугорев В.Н., Хроматов В.Е., Радин В.П., Щугорев А.В. «Применение звукорегистрирующей аппаратуры для оценки частот собственных колебаний композитной балки» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 103-104 (2019). 106 с.

Композиционные материалы находят широкое применение в различных областях техники. Владение современными методами исследований физических свойств необходимо для глубокого понимания механики композитов. На данный момент широко разработаны эффективные методы оценки поведения конструкций из композиционных материалов в условиях статического нагружения. Однако до сих пор не существует сравнимых по эффективности методов расчета поведения конструкций из композита при ударе внешними объектами и дальнейшего колебательного процесса. Значительный интерес при проведении таких исследований представляет собой акустическая и видеофиксация процесса нагружения и дальнейшего поведения исследуемых композитных балок . Для исследования процесса колебаний композитной балки и визирования прогиба использовалась скоростная видеокамера и звукозаписывающая аппаратура. Проведено сопоставление экспериментально полученных значений собственных частот колебаний композитной балки с использованием звуко и видеозаписывающей аппаратуры с теоретическим решением. Современные микрофоны позволяют записывать звук в диапазоне от нескольких Гц до десятков кГц. Это позволяет фиксировать звук обусловленный колебаниями большинства балочных элементов конструкций. Современные Action камеры позволяют фиксировать быстро протекающие процессы со скоростью до 1000 кадров в секунду, при этом разрешение кадра видеоматериала составляет 1080 строк для некоторых моделей камер. Покадровая видеофиксация процесса колебаний позволяет оценить форму колебаний. Анализ звуковых колебаний проводился с использованием программ- звуковых редакторов. Для обработки видеоинфомации использовались программные средства- видеоредакторы. Эти средства позоляют изменять временной маштаб отображения происходящего процесса.. Разрешение звукового видеоматериала вполне достаточно для оценки частоты собственных колебаний. Выводы: Вышеприведенное исследование показывает, что применение звуко и видеозаписывающей аппаратуры позволяет достоверно определить частоты собственных колебаний балки изготовленной из композитного материала. Сопоставление точного теоретического решения и результатов, полученных экспериментально с использованием звуко и видеорегистрирующей аппаратуры дает их хорошее соответствие. Использование Action камеры в качестве фиксатора видеоинформации возможно после сопоставления масштаба исследуемого объекта, скорости протекающего процесса и изменения конфигурации системы за межкадровый промежуток времени. Принципы фиксации скоростных процессов, рассмотренные выше, используются в специальных курсах магистерской подготовки студентов, при выполнении выпускных бакалаврских работ и магистерских диссертаций студентов специальности «Динамика и прочность машин» НИУ «МЭИ», научных исследованияхи могут быть обобщены для решения задач неконсервативной устойчивости и колебаний. 1..Bolotin Vladimir V. Stability problems in fracture mechanics. – John Wiley & Sons, Inc. – 1996.-187 c. 2. Динамика удара: Пер. с англ./Зукас Дж.А., Николас Т., Свифт Х.Ф. и др.-М.: Мир, 1985. 3. Касьянов К. Г., Щугорев В.Н., Подмазов Д.А, Никишин В.И. Исследование напряженно деформированного состояния в слоистой плите при низкоскоростном ударном нагружении.. // Материалы XXIV международного симпозиума “Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред” им. А.Г. Горшкова.-МАИ.-2018.- С.228-229. 4. GoPro 6 Black. Руководство пользователя. Hevk Advance. 2018г., 108 с. 5. Решение неконсервативных задач теории устойчивости // В.П.Радин, Ю.Н. Самогин, В.П.Чирков, А.В. Щугорев. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017.-240 с. Ключевые слова: Композитная Балка, частоты собственных колебаний, акустическая и видео фиксация колебаний балки

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 103-104 (2019). 106 с. | Рубрика: 04.16

 

Горкунов С.В., Ильичев А.Т., Шаргатов В.А. «Критическая эволюция конечных возмущений поверхности испарения воды в пористых средах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 61-69 (2020)

Показано, что приближенные стационарные решения, удовлетворяющие модельному диссипативному уравнению, описывающему процесс испарения воды вблизи порога неустойчивости поверхности фазового перехода, определяют затухающие локализованные возмущения конечной амплитуды при выполнении некоторого условия. Эти стационарные решения могут с хорошей точностью использоваться для предсказания того, по какому сценарию пойдет развитие возмущения, если это возмущение не имеет общих точек ни с одним стационарным решением. Если начальное положение фронта фазового перехода находится между спектрально устойчивым решением и любым из стационарных решений, то оно затухает. Если начальное положение фронта находится выше хотя бы одного спектрально неустойчивого стационарного решения, то происходит катастрофическая перестройка решения.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 61-69 (2020) | Рубрика: 04.16

 

Цыпкин Г.Г. «Неустойчивость легкой жидкости над тяжелой при движении поверхности раздела в пористой среде» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 70-76 (2020)

Исследуется устойчивость движущейся поверхности раздела между газом и жидкостью в пористой среде. Предполагается, что область газа располагается над областью, насыщенной жидкостью. Рассмотрено приложение задачи к фильтрации грунтовых вод и движению нефти в месторождении с газовой шапкой. Показано, что неустойчивость поверхности раздела возникает при движении грунтовых вод в несмачиваемой среде и в среде с градиентом капиллярного давления, а также при эксплуатации нефтяных месторождений, когда пластовое давление падает ниже давления в газовой шапке. Такая неустойчивость при наличии растворенной примеси может приводить к засолению грунтов, а при эксплуатации нефтяных месторождений к образованию остаточной нефти.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 70-76 (2020) | Рубрика: 04.16

 

Горбунов М.Е., Коваль О.А., Мамонтов А.Е. «Метод сферических фазовых экранов для моделирования расходящихся волновых пучков в неоднородных средах» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 56, № 1, с. 66-75 (2020)

Метод фазовых экранов широко применяется для моделирования распространения волн в неоднородных средах. Чаще всего применяется метод плоских фазовых экранов. Однако для моделирования 2-мерной задачи радиозатменного зондирования атмосферы ранее был разработан метод цилиндрических фазовых экранов. В данной работе мы строим дальнейшее обобщение этого метода для 3-мерной задачи и предлагаем метод сферических фазовых экранов. В малоугловом приближении мы получаем формулу для вакуумного пропагатора, описывающего распространение волны с экрана на экран. Мы получаем также выражение для спектра флуктуаций фазового набега в тонком сферическом слое изотропной случайной среды. Мы описываем численную реализацию метода и приводим результаты численного моделирования распространения расходящегося лазерного пучка на атмосферной трассе длиной 25 км.

Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 56, № 1, с. 66-75 (2020) | Рубрика: 04.16