Вервейко М.В., Вервейко В.Н., Рыбакова Е.С., Чебров Н.С. «Механизмы акустической релаксации в нематических жидких кристаллах» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 2-7 (2014)

В конденсированных средах выделяют два типа релаксационных процессов, обусловливающих объемной вязкости: структурную релаксацию, связанную с перестройкой межмолекулярной структуры и термическую. За термическую релаксацию ответственны два механизма. Первый связан с нарушением молекулярного равновесия, описываемого переменной реакции x (степень полноты реакции). Второй представляет собой процесс релаксации колебательной удельной теплоемкости, но область этой релаксации соответствует очень высоким частотам, в большинстве случаев практически недостижимым, а потому акустически она не наблюдаема. Изучению механизмов релаксационных процессов в нематических жидких кристаллах (НЖК) при атмосферном давлении различными методами уделялось много внимания. Однако и до настоящего времени в этом вопросе есть нерешенные проблемы и сомнения. Влияние давления на релаксационные процессы в НЖК исследовано недостаточно. Измерения скорости ультразвука (УЗ) проводились импульсным методом одного фиксированного расстояния, поглощения УЗ – переменного расстояния, плотности – акустического пьезометра, вязкости – катящегося шарика. Изучив характер зависимости величин отношения объемной к сдвиговой вязкости, объемной вязкости и величины поглощения на длину волны от температуры и давления, выявлены механизмы акустической релаксации в нематических жидких кристаллах, как в нематической (НФ), так и в изотропной (ИФ) фазах на примере МББА, ЭББА и их эвтектической смеси Н-8. Основываясь на результатах анализа зависимостей релаксационных свойств от параметров состояния и частоты УЗ, показано, что релаксация в исследованных НЖК обусловлена двумя механизмами: «критическим», связанным с релаксацией параметра порядка и флуктуациями параметра порядка и «директора», и «нормальным», связанным со структурной релаксацией. Вблизи точки просветления T_c механизм релаксации становится основным. Вдали от перехода основным является нормальный релаксационный механизм. Релаксация, связанная с вращением концевых бутильных групп молекул НЖК, в исследованном интервале давлений, температур и частот УЗ не имеет заметного вклада. Дисперсия скорости УЗ, обусловленная объемной вязкостью, максимальна в непосредственной близости к T_c. Наибольшей дисперсией обладает МББА, наименьшей ЭББА. В НФ дисперсия значительно выше, чем в ИФ. Скорость УЗ при высоких давлениях превышает скорость гиперзвука при атмосферном давлении. Это говорит о том, что в области сверхвысоких частот, пока мало доступных для эксперимента, должна наблюдаться релаксация сдвиговой вязкости. Давление позволяет сместить область релаксации сдвиговой вязкости из гигагерцового в мегагерцовый диапазон частот.

Давыдов М.Н., Кедринский В.К. «Моделирование разрушения жидких сред с использованием метода SPH» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 8-12 (2014)

Численно исследуется динамика состояния жидкости при динамической разгрузке, с использованием метода SPH. Рассматриваются задачи о разрушении жидкости в рамках двух постановках: отражение ударной волны от свободной поверхности слоя жидкости и ударно-волновое нагружение жидкой капли. В результате численного анализа динамики состояния полусферической капли установлено, что фокусировка отраженной от свободной поверхности капли ударной волны приводит к формированию в центре капли плотного быстрорасширяющегося кавитационного кластера. Показано, что использование метода SPH позволяет провести исследование структуры течения кавитирующей среды с высокой концентрацией газовой фазы и описать процесс инверсии ее двухфазного состояния – переход от кавитирующей жидкости к системе газ–частицы.

Дембелова Т.С., Цыренжапова А.Б., Макарова Д.Н., Дамдинов Б.Б., Бадмаев Б.Б. «Акустическое исследование сдвиговых вязкоупругих свойств коллоидных суспензий наночастиц» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 13-17 (2014)

Акустическим резонансным методом измерен комплексный модуль сдвига коллоидных суспензий наночастиц диоксида кремния в полимерной жидкости ПЭС-2 в зависимости от угла сдвиговой деформации. Для исследования в качестве вибратора применен пьезокварцевый кристалл с резонансной частотой 73 кГц. Показано изменение вязкоупругих свойств суспензий по сравнению с базовой жидкостью в зависимости от концентрации и размеров наночастиц.

Жарников Т.В., Сыресин Д.Е. «О методах вычисления спектра собственных мод волноводов в анизотропных упругих средах» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 18-24 (2014)

Задачи описания распространения волн в анизотропных волноводах вызывают значительный интерес. С практической точки зрения они важны для анализа результатов неразрушающего контроля конструкций из анизотропных композиционных материалов, для интерпретации данных акустического каротажа в анизотропных горных породах, и т.д. Научный интерес к таким задачам обусловлен наличием ряда особенностей распространения волн в таких волноводах, которые нетипичны для изотропного случая. Кроме того, решение таких задач требует применения методов и идей, использование которых при рассмотрении изотропных волноводов не требуется. Ключевой особенностью анизотропных волноводов является то, что в общем случае волновое уравнение не допускает разделение переменных. Поэтому аналитическое решение может быть получено только в исключительных случаях. Это приводит к необходимости использовать асимптотические и численные методы для вычисления их спектра. Что касается численного решения задачи, эффективными оказываются такие методы, как метод Ритца, псевдоспектральный метод, вариационный метод, и т.д. Причина их эффективности заключается в том, что собственные функции рассматриваемой задачи могут быть с хорошей точностью аппроксимированы небольшим набором простых базисных функций (например, азимутальными гармониками и радиальными полиномами). Рассмотрены три метода вычисления спектра анизотропных волноводов. Все они основаны на использовании условия трансляционной инвариантности волновода вдоль его оси для эффективного сведения задачи к двумерной постановке в плоскости сечения. Первые два подхода состоят в применении псевдоспектрального метода к управляющим уравнениям линейной теории упругости и к уравнению Риккати для оператора импеданса, соответственно. Третий метод, получивший в литературе название полуаналитического метода конечных элементов (SAFE), заключается в рассмотрении вариационной формулировки задачи с помощью метода конечных элементов. В результате аппроксимации волновых полей конечным набором базисных функций возникает обобщенная задача на собственные значения, которая может быть решена стандартными численными методами. Сравнение полученного спектра волновода с результатами прямого трехмерного численного моделирования демонстрирует высокую точность и численную эффективность рассмотренных методов. Это подтверждается и результатами сравнения с данными лабораторного эксперимента, проведенного на образце анизотропной горной породы.

Кедринский В.К. «Взрывные вулканические извержения: динамика состояния кавитирующей магмы в условиях ее возрастающей на порядки вязкости» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 25-30 (2014)

В рамках математической модели многофазных сред c системой кинетических уравнений численно исследуется процесс формирования в тяжелой кавитирующей магме зон с аномально большими значениями основных характеристик потока в волнах декомпрессии при интенсивном увеличении плотности кавитационных зародышей. Численный анализ выполнялся для вертикального столба тяжелой магмы высотой 1 км в рамках постановки задачи о гидродинамической ударной трубке (УТ) в соответствии с моделью предвзрывного состояния вулкана StHelens. В качестве рабочей секции УТ рассматривалась система «камера вулкана–канал», заполненная магматическим расплавом, насыщенным газом (массовая доля 5,7%) и микрокристаллитами. Давление в вулканической камере полагалось равным 170 МПа, поддерживалось постоянным и распределялось вдоль столба магмы в канале в соответствии с гидростатикой. Давление газа над диафрагмой (пробкой, отделяющей канал от открытого в атмосферу кратера) полагалось равным 0,1 МПа. При разрыве диафрагмы в столбе магмы формировалась волна декомпрессии. Показано, что в окрестности свободной поверхности столба магмы при значительном росте плотности зародышей кавитации формируется аномальная зона насыщения, которая характеризуется резким уменьшением глубины зоны вследствие перераспределения диффузионных потоков из расплава. При этом, характер распределений в зоне насыщения основных характеристик потока с их аномально высокими значениями существенно изменяется – от монотонного роста значений до скачка их градиентов на фронте зоны. Показано, что при увеличении плотности зародышей кавитации на 3–4 порядка относительно ее значения при гомогенной нуклеации в завершающей стадии формирования аномальной зоны происходит насыщение газом пузырьков зоны, резкое замедление диффузионного процесса в расплаве и выход основных характеристик зоны на асимптотику.

Догадов А.А., Конопацкая И.И., Миронов М.А., Пятаков П.А. «Воздействие низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 31-38 (2014)

Представлены результаты экспериментов по воздействию низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии, возникающий в объекте с искусственным дефектом под действием нарастающего механического напряжения. Эксперименты проводились на полой тонкостенной трубе с искусственной трещиной, залитой эпоксидной смолой. При сочетанном воздействии механической нагрузки с вибрационной наблюдался эффект амплитудной модуляции сигнала АЭ вибрационным сигналом. Экспериментально зафиксирован эффект интенсификации АЭ при действии на образец сторонней вибрации. Предложенная аппаратная реализация метода выделения модуляционных компонентов позволяла судить об интенсивности АЭ процесса по величине амплитуды модулирующего сигнала.

Латышева Е.Н., Пирозерский А.Л., Чарная Е.В., Кумзеров Ю.А., Недбай А.И. «Размерные эффекты при плавлении-кристаллизации наноструктурированных индий-галлиевых сплавов» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 39-46 (2014)

Представлены результаты акустических исследований процессов плавления и кристаллизации индий-галлиевых сплавов различного состава, внедренных в пористые стеклянные матрицы со средним диаметром пор 20 нм. Показано, что в зависимости от состава сплава возможна стабилизация в нанопорах β-фазы галлия, которая является метастабильной в объемном сплаве. Обнаружено смещение областей плавления сплавов в порах по сравнению с объемными веществами. Показано, что в случае образования α-фазы галлия область плавления становится более широкой по сравнении с объемным сплавом, тогда как для β-фазы она сужается. При этом зависимость ширины области плавления от состава сплава имеет один и тот же характер для наноструктурированных и объемных сплавов.

Дембелова Т.С., Макарова Д.Н., Бадмаев Б.Б., Бадархаев Б.В. «Модуль сдвига и динамическая вязкость воды при малых градиентах скорости течения» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 47-50 (2014)

Экспериментально установлено, что с увеличением амплитуды сдвиговой деформации действительный модуль сдвига и эффективная вязкость уменьшаются. Измерения, проведенные при малых градиентах скорости течения жидкости, показали, что по мере уменьшения скорости течения вязкость жидкости растет, что, вероятно, связано со структурированием жидкости.

Теплых А.А., Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е. «Теоретическая модель резонатора с поперечным возбуждающим электрическим полем» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 51-58 (2014)

Разработан метод расчета характеристик акустических колебаний, возникающих в пьезоэлектрическом резонаторе с поперечным возбуждающим электрическим полем. Резонатор представляет собой тонкую пластину из пьезоэлектрического материала, на одну сторону которой нанесены два прямоугольных электрода. Разработанный метод основан на методе конечных элементов и позволяет находить распределение компонент механического смещения в пьезопластине и электрического потенциала в пьезопластине и окружающем ее вакууме при определенной частоте колебаний возбуждающего поля. Кроме того, данный метод позволяет учитывать различные граничные условия на различных областях поверхности пластины, в том числе условие механического демпфирования колебаний. Это позволяет рассчитывать величину реального и мнимого электрического импеданса резонатора в зависимости от частоты. Исследуемый резонатор представлял собой пластину ниобата лития X-среза толщиной 0.5 мм, на верхней стороне которой расположены два электрода шириной 5 мм, ориентированные таким образом, что возбуждающее поле было направлено вдоль кристаллографической оси Y. Были проведены расчеты при различном расстоянии между электродами, в пределах 1–3 мм. Показано, что при увеличении расстояния между электродами резонансная частота незначительно увеличивается, и использование демпфирующего покрытия на внешней стороне электродов позволяет существенно повысить добротность резонатора. Полученные результаты находятся в качественном соответствии с экспериментальными данными.

Миронов М.А. «Энергия, импульс и потенциальные акустические течения в идеальной среде» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 59-64 (2014)

Рассмотрены два интересных эффекта в идеальной среде. Первый эффект состоит в следующем. При движении тела в идеальной среде среда обладает энергией и импульсом, определяемыми присоединенной массой тела. Оказывается, что энергия среды сосредоточена непосредственно около тела, тогда как импульс размещается на бесконечности. Второй эффект относится к акустическим течениям. При колебаниях поверхности в идеальной среде, при условии потенциальности поля скорости, около нее могут существовать акустические течения – стационарные потоки вещества.

Бойко Ю.С. «Образование шума на высокоскоростных магистралях» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 65-74 (2014)

Доминирующий вклад в шум поездов, движущихся со скоростью до 250 км/ч, в зависимости от спецификации железнодорожного состава, вносят шум качения, шум межвагонного пространства и шум вспомогательного оборудования поезда. При увеличении скорости движения поездов более 250 км/ч превалирующим становится аэродинамический шум турбулентных потоков, возникающих как результат взаимодействия встречного воздуха с телом железнодорожного состава. Особое внимание при этом, как источнику шума, уделяется пантографу, в связи с его высоким расположением относительно уровня земли. Данный критерий приобретает существенное значение при разработке средств шумозащиты прилегающей к железным путям территории и проектировании шумозащитных экранов. Разработка математической модели шумообразования на высокоскоростных магистралях при современных темпах развития транспортной сети во всем мире, является чрезвычайно актуальной и важной для оценки акустической обстановки на селитебной территории. Сохранение гармонии между внедряемой системой высокоскоростного железнодорожного транспорта и окружающей средой является задачей не менее важной, чем первоначальная цель повышения скорости и комфорта передвижения пассажиров. В докладе произведен обзор зарубежных эмпирически полученных характеристик высокоскоростных поездов различной спецификации для определения аэродинамической составляющей образуемого поездом шума. Осуществлен анализ и обобщены основные выявленные закономерности и связи.

Павловский А.С., Семенова Н.Г. «Свойства вязких плоских и цилиндрических одномерных волн в свободном пространстве и в зазорах» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 74-81 (2014)

Исследованы аналитически и численно ослабление вязких одномерных волн, их фазовые скорости, пространственная и частотная дисперсии в свободном пространстве. Показано, что фазовая скорость цилиндрической волны имеет отрицательную дисперсию на расстоянии трети длины волны от источника, а далее становится равной скорости плоской волны. Величина фазовой скорости и расстояние, на котором проявляется дисперсия, зависят от волновых размеров источника вязких волн. Ослабление в зазоре вязких волн как плоских, так и цилиндрических, величины их фазовых скоростей, законы дисперсии зависят от волновой ширины зазора и от граничных условий на стенке противоположной источнику.

Кокшайский А.И., Коробов А.И., Одина Н.И. «Бесконтактная ультразвуковая диагностика упругих свойств твердых тел» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 82-86 (2014)

Приведены результаты бесконтактной диагностики материалов с низким акустическим импедансом и твердотельных пластин методом воздушного ультразвука. Для генерации и приема акустических волн в воздухе в диапазоне частот от 0,08 до 2 МГц была разработана автоматизированная ультразвуковая установка и методика измерений в импульсном режиме. Генерация и прием воздушного ультразвука осуществлялись фокусированными акустическими преобразователями. Определение упругих свойств тонких твердотельных пластин в работе проводилось с помощью нулевой антисимметричной моды волны Лэмба. Для диагностики материалов с малым акустическим импедансом использовались продольные акустические волны. В работе были измерены плотность пенополистирола и скорость продольных волн в нём, рассчитаны импеданс и коэффициент упругости этого материала. Проводится обсуждение экспериментальных результатов.

Мельников Г.А., Игнатенко Н.М., Мельников В.Г., Черкасов Е.Н., Апалькова О.А. «Акустические свойства простых и органических жидкостей в кластерной модели» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 87-90 (2014)

На основе кластерной двухкомпонентной модели строения жидкостей путем введения функции распределения кластеров по числу частиц, содержащихся в их составе и использования эффективного потенциала взаимодействия получены аналитические соотношения для расчета коэффициента молекулярной упаковки, среднего числа частиц в составе кластеров и исследована зависимость этих величин от параметров состояния жидкости. В рамках разработанной модели предложено соотношение для расчета скорости ультразвуковых волн (УЗ-волн) в одноатомных и органических жидкостях Проведена проверка полученного соотношения на основе экспериментальных данных для сжиженных благородных газов, циклических, линейных углеводородов и воды на линии равновесия жидкость–пар, которая показала, что с погрешностью 1–5% теория способна прогнозировать поведение скорости УЗ-волн в зависимости от параметров состояния в исследованном классе жидкостей.

Бадмаев Б.Б., Дамдинов Б.Б., Дембелова Т.С. «Вязкоупругая релаксация в жидкостях» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 91-98 (2014)

Изучение сдвиговых вязкоупругих свойств жидкостей и выявление природы релаксационных процессов, протекающих в них, являются актуальными проблемами физической акустики. Вязкоупругие параметры сред являются их важнейшими характеристиками, как в научном плане, так и в практическом отношении. В изучении вязкоупругих свойств жидкостей важную роль играют акустические методы, которые остаются единственным инструментом, позволяющим получить значения модулей сдвиговой упругости, характеризующих вязкоупругое поведение. Одним из методов исследования вязкоупругих свойств жидкостей является изучение реакции жидкости на сдвиговые воздействия с определенной частотой. Принято считать, что значения модулей сдвиговой упругости жидкостей можно определить только в высокочастотном режиме, поскольку согласно классическим теориям (Я.И. Френкеля и др.), сдвиговая упругость жидкостей может быть обнаружена только при частотах 10¹⁰ Гц и выше, сравнимых с частотой перескоков отдельных частиц жидкости. Однако в работах У.Б. Базарона, Б.В. Дерягина и А.В. Булгадаева, продолженных в настоящей работе, была обнаружена сдвиговая упругость у различных жидкостей при относительно низкой частоте 74 кГц. Обнаружение сдвиговой упругости у жидкостей при частотах сдвиговых колебаний порядка 10⁵ Гц, независимо от их вязкости и полярности, свидетельствует о том, что существуют некоторые пробелы в представлениях о природе жидкого состояния вещества. Нами было предположено, что в жидкости имеется низкочастотный вязкоупругий релаксационный процесс с периодом релаксации, намного превышающим время оседлого существования отдельных частиц жидкости. Было также показано, что тангенс угла механических потерь для всех исследованных жидкостей меньше 1. В соответствии с реологической моделью Максвелла это означает, что частота релаксации этого процесса лежит ниже частоты эксперимента.

Потапова Р.К., Потапов В.В. «Когнитивный механизм смысловой сегментации устной речи (в затрудненных для восприятия условиях шума)» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Физическая акустика", с. 99-104 (2014)

Суть исследований заключалась в специфике действия процесса маскировки акустического сигнала, которая определяется изменением порога слышимости устной речи по сравнению с ее восприятием в условиях отсутствия шумов, помех и искажений.