Приходько В.М., Шеина А.Е., Юдаков Е.Г. «Использование координатной обработки для интенсификации процесса ультразвуковой очистки» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Ультразвуковые технологии", с. 94-98 (2014)

В двигателях внутреннего сгорания загрязнениям подвергаются детали различных размеров, формы и конструкции. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их крупными габаритами, наличием большого количества отверстий, карманов и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки деталей является ультразвуковой. Рассмотрены технология и оборудование для автоматизированной ультразвуковой очистки корпусных деталей перемещающимся излучателем.

Приходько В.М., Шеина А.Е., Юдаков Е.Г. «Использование координатной обработки для интенсификации процесса ультразвуковой очистки» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145340 (2014)

В двигателях внутреннего сгорания загрязнениям подвергаются детали различных размеров, формы и конструкции. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их крупными габаритами, наличием большого количества отверстий, карманов и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки деталей является ультразвуковой. Рассмотрены технология и оборудование для автоматизированной ультразвуковой очистки корпусных деталей перемещающимся излучателем.

Захаров В.Е., Шамин Р.В., Юдин А.В. «Энергетический портрет волн-убийц» Письма в ЖЭТФ, 99, № 9-10, с. 597-600 (2014)

С помощью вычислительных экспериментов, основанных на точных уравнениях гидродинамики идеальной жидкости, изучаются процессы концентрации энергии при образовании волн-убийц. На примере вычислительного эксперимента показано распределение аномалий волн как по высоте, так и по энергии. Установлена взаимосвязь между значениями концентраций энергии и высоты аномально больших поверхностных волн. Полученные результаты могут быть использованы для оценки опасности аномально больших поверхностных волн

Комкин А.И., Миронов М.А., Юдин С.И. «Характеристики поглощения резонатора Гельмгольца» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Шумы и вибрации", с. 68-73 (2014)

Работа посвящена исследованию поглощающих характеристик торцевого резонатора Гельмгольца в канале. Рассматриваются модели резонатора Гельмгольца без учета и с учетом наличия в полости резонатора пристеночного пограничного слоя. Результаты расчетов сравниваются с экспериментальными данными, полученными при измерениях акустических характеристик резонатора в импедансной трубе.

Верлань А.Ф., Худаяров Б.А., Файзибоев Э.Ф., Юлдашев З.У. «Компьютерное моделирование флаттера вязкоупругих ортотропных пластин в сверхзвуковом потоке газа» Вестник Национального технического университета Харьковский политехнический институт. Серия: Информатика и моделирование, № 62, с. 8-17 (2012)

Рассматривается нелинейный флаттер вязкоупругих ортотропных пластин в сверхзвуковом потоке газа. Уравнения движения получены на основе наиболее общей теории пластин Фёппля-Кармана в перемещениях, для которых справедливы гипотезы Кирхгоффа. Аэродинамическое давление учитывается согласно поршневой теории А.А. Ильюшина. При помощи метода Бубнова–Галеркина, основанного на многочленной аппроксимации перемещений, задача сведена к исследованию системы обыкновенных интегро-дифференциальных уравнений (ИДУ), где независимой переменной является время. Решение ИДУ находится численным методом, основанным на использовании квадратурных формул. Разработаны методика и алгоритм численного решения интегро-дифференциальных уравнений. Определены критические скорости флаттера ортотропных пластин в потоке газа.

Росницкий П.Б., Юлдашев П.В., Хохлова В.А. «Определение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Нелинейная акустика", с. 53-60 (2014)

Во многих современных медицинских приложениях мощного сфокусированого ультразвука используется нелинейный акустический эффект образования ударных фронтов (или разрывов) в профиле волны в фокусе. Например, этот эффект используется при механическом разрушении опухолей высокоамплитудными ударными импульсами – гистотрипсии. Амплитуда ударного фронта при этом зависит от рабочей частоты и геометрии излучателя; а ее оптимальная величина для различных приложений будет различной. Таким образом, стоит задача определения параметров излучателя, позволяющих получить определенное значение амплитуды фронта в фокусе, необходимое для конкретного приложения. Основное предположение развитого в данной работе подхода состоит в том, что главным параметром излучателя, определяющим амплитуду разрыва, является его угловая апертура. Проверка этого предположения и определение характерных параметров ударно-волнового профиля в зависимости от параметров фокусированного излучателя были проведены на основе многопараметрических численных расчетов полей, создаваемых такими излучателями. Моделирование проводилось на основе уравнения Хохлова–Заболотской. Предложен метод выделения профиля с полностью развитым разрывом, создаваемым излучателем с заданными параметрами. Развит подход для определения амплитуды разрыва между временными точками профиля, соответствующими задаваемому уровню временной производной от волнового профиля относительно его максимума. При этом величина уровня определяется путем сравнения мощности тепловых источников в фокусе, рассчитанной численно и аналитически с использованием значения амплитуды разрыва. На основе полученных данных проведён расчет характерных значений амплитуды разрыва для излучателей, работающих на частоте 1 МГц в диапазоне угловых апертур от 0.8 до 2. Показано, что для создания разрывов амплитудой порядка 80 МПа, необходимых для гистотрипсии, оптимальными являются излучатели с угловой апертурой, близкой к единице.

Росницкий П.Б., Юлдашев П.В., Хохлова В.А. «Определение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145314 (2014)

Во многих современных медицинских приложениях мощного сфокусированого ультразвука используется нелинейный акустический эффект образования ударных фронтов (или разрывов) в профиле волны в фокусе. Например, этот эффект используется при механическом разрушении опухолей высокоамплитудными ударными импульсами – гистотрипсии. Амплитуда ударного фронта при этом зависит от рабочей частоты и геометрии излучателя; а ее оптимальная величина для различных приложений будет различной. Таким образом, стоит задача определения параметров излучателя, позволяющих получить определенное значение амплитуды фронта в фокусе, необходимое для конкретного приложения. Основное предположение развитого в данной работе подхода состоит в том, что главным параметром излучателя, определяющим амплитуду разрыва, является его угловая апертура. Проверка этого предположения и определение характерных параметров ударно-волнового профиля в зависимости от параметров фокусированного излучателя были проведены на основе многопараметрических численных расчетов полей, создаваемых такими излучателями. Моделирование проводилось на основе уравнения Хохлова–Заболотской. Предложен метод выделения профиля с полностью развитым разрывом, создаваемым излучателем с заданными параметрами. Развит подход для определения амплитуды разрыва между временными точками профиля, соответствующими задаваемому уровню временной производной от волнового профиля относительно его максимума. При этом величина уровня определяется путем сравнения мощности тепловых источников в фокусе, рассчитанной численно и аналитически с использованием значения амплитуды разрыва. На основе полученных данных проведён расчет характерных значений амплитуды разрыва для излучателей, работающих на частоте 1 МГц в диапазоне угловых апертур от 0.8 до 2. Показано, что для создания разрывов амплитудой порядка 80 МПа, необходимых для гистотрипсии, оптимальными являются излучатели с угловой апертурой, близкой к единице.

Карзова М.М., Юлдашев П.В., Хохлова В.А., Оливье С., Блан-Бенон Ф. «Использование интерферометра Маха–Цендера для экспериментального исследования образования "ножки" Маха при отражении ударноволновых импульсов от жесткой поверхности» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Нелинейная акустика", с. 26-30 (2014)

Образование пространственной структуры типа «ножки» Маха – хорошо известное явление, возникающее при взаимодействии двух ударных фронтов и наблюдаемое обычно при отражении сильных ударных волн (акустические числа Маха M_а > 0.4) от жесткой поверхности. Возможность наблюдения и описания данного явления в рамках нелинейной акустики, когда акустические числа Маха составляют всего лишь 10^–3–10^–2, до недавнего времени оставалась неясной. Целью данной работы являлось экспериментальное исследование отражения нелинейной N-волны, создаваемой искровым источником в воздухе, от плоской жесткой поверхности. Профиль давления N-волны восстанавливался по оптическим измерениям, выполненным с помощью интерферометра Маха–Цендера. В эксперименте наблюдалось нерегулярное отражение; исследована эволюция «ножки» Маха и измерена траектория тройной точки по мере распространения N-волны вдоль поверхности.

Юлдашев П.В., Максвелл А., Крайдер В., Сапожников О.А., Бэйли М., Крам Л., Хохлова В.А. «Моделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Биомедицинские приложения", с. 67-70 (2014)

Во многих современных приложениях мощного фокусированного ультразвука (HIFU) в неинвазивной хирургии, например, при гистотрипсии, возникает необходимость генерации мощных ультразвуковых полей с амплитудой ударного фронта в фокусе до 120 МПа на значительной глубине в ткани. Для экспериментального исследования возможности создания таких полей и генерации механических разрушений в ткани был создан прототип системы, состоящий из усилителя и излучателя с рабочей частотой 1 МГц. Излучатель состоит из семи отдельных элементов круглой формы, расположенных на сферической чашке диаметром 14.7 см и радиусом кривизны (фокусным расстоянием) 14 см. Цель настоящей работы состояла в характеризации поля указанного излучателя в воде с помощью гидрофонных измерений и численного моделирования. Моделирование поля было выполнено на основе трехмерного уравнения Вестервельта с начальными условиями, полученными экспериментально методом акустической голографии. В эксперименте профили волны в фокусе были измерены оптоволоконным гидрофоном. Измерения проводились при различной амплитуде акустического давления на поверхности источника, вплоть до уровня, соответствующего 30% от максимально достижимой амплитуды. Было показано, что результаты измерений и расчетов хорошо согласуются между собой. Проведение измерений при амплитуде волны на источнике выше указанного уровня было невозможным из-за возникновения кавитации на поверхности гидрофона. Однако в расчетах такой проблемы не возникает, и поэтому профили в фокусе были получены вплоть до максимальной амплитуды волны на источнике в рабочем диапазоне мощностей усилителя. Было показано, что при больших амплитудах проявляются эффекты нелинейного насыщения поля в фокусе. Найдены максимально достижимые значения для пиковых давлений и амплитуды ударного фронта. Таким образом, в работе было показано, что численное моделирование на основе трехмерного уравнения Вестервельта является важным инструментом для прогнозирования характеристик ультразвуковых полей, создаваемых мощными терапевтическими HIFU излучателями.

Ильин С.А., Юлдашев П.В., Хохлова В.А., Гаврилов Л.Р., Росницкий П.Б., Сапожников О.А. «Применение аналитического метода для оценки качества акустических полей при электронном перемещении фокуса многоэлементных терапевтических решеток» Акустический журнал, 61, № 1, с. 57-64 (2015)

Представлен аналитический подход для расчета и анализа качества трехмерных акустических полей многоэлементных фазированных решеток, использующихся в устройствах неинвазивной ультразвуковой хирургии. При вычислении поля решетки использовалось аналитическое решение для дальнего поля каждого из ее элементов. Указанный метод позволяет рассчитывать поля многоэлементных фазированных решеток намного быстрее, чем традиционный метод прямого численного интегрирования, при сохранении высокой точности результатов. На основе развитого подхода рассчитано излучение типичных фазированных решеток и проанализировано качество их динамической фокусировки. Рассмотрены возникающие при этом нежелательные эффекты, состоящие в уменьшении амплитуды в основном максимуме и появлении побочных решеточных максимумов. Проведено сравнение качества динамической фокусировки акустических полей двух практически интересных решеток с квазислучайным расположением элементов, состоящих из 256 и 1024 элементов, а также регулярной решетки из 256 элементов. Исследовано влияние размеров элементов решетки и их расположения на размеры областей, в которых возможно осуществление динамической фокусировки без возникновения сильных побочных максимумов и значительного уменьшения амплитуды давления в основном фокусе.

Юлдашев П.В., Максвелл А., Крайдер В., Сапожников О.А., Бэйли М., Крам Л., Хохлова В.А. «Моделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145346 (2014)

Во многих современных приложениях мощного фокусированного ультразвука (HIFU) в неинвазивной хирургии, например, при гистотрипсии, возникает необходимость генерации мощных ультразвуковых полей с амплитудой ударного фронта в фокусе до 120 МПа на значительной глубине в ткани. Для экспериментального исследования возможности создания таких полей и генерации механических разрушений в ткани был создан прототип системы, состоящий из усилителя и излучателя с рабочей частотой 1 МГц. Излучатель состоит из семи отдельных элементов круглой формы, расположенных на сферической чашке диаметром 14.7 см и радиусом кривизны (фокусным расстоянием) 14 см. Цель настоящей работы состояла в характеризации поля указанного излучателя в воде с помощью гидрофонных измерений и численного моделирования. Моделирование поля было выполнено на основе трехмерного уравнения Вестервельта с начальными условиями, полученными экспериментально методом акустической голографии. В эксперименте профили волны в фокусе были измерены оптоволоконным гидрофоном. Измерения проводились при различной амплитуде акустического давления на поверхности источника, вплоть до уровня, соответствующего 30% от максимально достижимой амплитуды. Было показано, что результаты измерений и расчетов хорошо согласуются между собой. Проведение измерений при амплитуде волны на источнике выше указанного уровня было невозможным из-за возникновения кавитации на поверхности гидрофона. Однако в расчетах такой проблемы не возникает, и поэтому профили в фокусе были получены вплоть до максимальной амплитуды волны на источнике в рабочем диапазоне мощностей усилителя. Было показано, что при больших амплитудах проявляются эффекты нелинейного насыщения поля в фокусе. Найдены максимально достижимые значения для пиковых давлений и амплитуды ударного фронта. Таким образом, в работе было показано, что численное моделирование на основе трехмерного уравнения Вестервельта является важным инструментом для прогнозирования характеристик ультразвуковых полей, создаваемых мощными терапевтическими HIFU излучателями.

Коган Е.А., Юрченко А.А. «Нелинейные колебания трехслойных и многослойных пластин и оболочек при периодических воздействиях (Обзор)» Известия МГТУ "МАМИ", 4, № 1, с. 55-70 (2014)

Дан анализ современного состояния исследований, посвященных свободным и вынужденным нелинейным колебаниям трехслойных и многослойных тонких упругих пластин и оболочек при периодических воздействиях. Обсуждены различные подходы к решению нелинейных динамических уравнений слоистых пластин и оболочек, применяемые к рассматриваемому классу задач. Проанализированы влияние физико-механических, геометрических параметров, структуры пакета слоев, формы пластин в плане, граничных условий на характер нелинейных колебаний и вид амплитудно-частотных характеристик слоистых пластин и оболочек, а также имеющиеся экспериментальные результаты.

Саломатин А.С., Юсупов В.И., Верещагина О.Ф., Черных Д.В. «Акустическая оценка концентрации метана в водной толще в областях его пузырьковой разгрузки» Акустический журнал, 60, № 6, с. 638-644 (2014)

Представлен дистанционный акустический метод оценки потока метана в воду от всплывающих пузырьков. С помощью предложенного метода и данных гидроакустических измерений в Охотском море рассчитан профиль концентрации растворенного в водной толще метана в областях его пузырьковой разгрузки. Сравнение полученного профиля концентрации метана с результатами прямых измерений показало хорошее количественное и качественное соответствие. Это подтверждает приемлемую точность предложенного акустического метода и указывает на преобладающую роль пузырькового транспорта в формировании концентрации растворенного метана в водной толще в таких областях.