Диагностика упругих свойств гранулированных неконсолидированных сред методами нелинейной акустики (1102811)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 534.2Ширгина Наталья ВитальевнаДИАГНОСТИКА УПРУГИХ СВОЙСТВ ГРАНУЛИРОВАННЫХНЕКОНСОЛИДИРОВАННЫХ СРЕД МЕТОДАМИНЕЛИНЕЙНОЙ АКУСТИКИСпециальность: 01.04.06 – акустикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2013Работа выполнена на кафедре акустики физического факультета Московскогогосударственного университета имени М.В.
Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Коробов Александр ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Есипов Игорь Борисовичдоктор физико-математических наук,профессор Митрофанов Валерий ПавловичВедущая организация:ФГБНУ«Технологическийинститутсвеpхтвердыхиновыхуглеродныхматериалов», Троицк, Московская обл., РоссияЗащита состоится “12” декабря 2013 года в 16:00 на заседанииДиссертационного Совета Д.501.001.67 при Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинскиегоры, МГУ, физический факультет, физическая аудитория им.
Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “11” ноября 2013 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.001.67кандидат физ.-мат. наук, доцентА.Ф. КоролевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ И АКТУАЛЬНОСТЬИССЛЕДОВАНИЯВ последнее время большое внимание уделяется исследованию физическихсвойствструктурно-неоднородныхтвердыхсред.Наличиедефектовинеоднородностей в таких материалах приводит к появлению новых физическихсвойств,которыеотсутствуютводнородныхтелах.Мезомасштабныенеоднородности и дефекты существенно влияют и на упругие свойстваструктурно-неоднородных материалов.
Наряду с упругой нелинейностью,обусловленнойангармонизмомкристаллическойрешетки(классическаянелинейность), в этих материалах проявляется структурная (неклассическая)нелинейность,обусловленнаяэкспериментах,проведенныхдефектамикаксреды.Вотечественными,такмногочисленныхизарубежнымиисследователями, было показано, что структурная нелинейность может нанесколько порядков превышать величину классической нелинейности. Следуетотметить, что впервые структурная нелинейность методами нелинейнойакустики была исследована в работах В.А. Красильникова с сотрудниками вМГУ в 1963 г.Особое место в теоретических и экспериментальных исследованияхструктурно-неоднородныхнеконсолидированныематериаловсреды(ГНС).занимаютЭтосвязаногранулированныесихширокимраспространением в природе и интересными физическими свойствами.Упругиесвойстванеконсолидированныхгранулированныхсредсущественно отличаются от свойств сплошных сред из того же материала.
Дляописания упругих свойств таких сред обычно используется теория контактноговзаимодействия Герца. Линейные и нелинейные свойства ГНС во многомопределяются состоянием контактов между отдельными гранулами среды.Исследованием упругих свойств ГНС занимается ряд научных групп, как вРоссии: ИПФ РАН (Нижний Новгород); Акустический институт им.
Н.Н.Андреева (Москва); Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова,(Москва), так и за рубежом: Universite du Maine (Le Mans, Франция);Национальная Геофизическая Лаборатория в Лос-Аламосе; Калифорнийскийуниверситет (США).1Однако,несмотряпосвященныхнабольшоеисследованиюколичествофизическихнаучныхсвойствпубликаций,гранулированныхнеконсолидированных сред, линейные и нелинейные свойства ГНС полностьюне изучены. Учитывая, что в природе ГНС находятся под действиемгравитационных сил, требуется дополнительное изучение влияния статических идинамическихвнешнихвоздействийнанелинейныеупругиесвойствагранулированных неконсолидированных сред.
Также представляют интересособенностиотраженияупругихволнотгранулированныхнеконсолидированных сред. Дальнейшее изучение упругих и акустическихсвойств неконсолидированных гранулированных сред, подвергаемых внешнимвоздействиям, является основой для обеспечения контроля над эволюцией ихвнутренней структуры и, несомненно, представляет научный и практическийинтерес.Поэтомуэкспериментальнымтемадиссертации,исследованиямпосвященнаяупругихсвойствтеоретическимигранулированныхнеконсолидированных сред методами нелинейной акустики, представляетсяактуальной и имеет прикладное значение.ЦЕЛЬ РАБОТЫЦелью настоящей работы является комплексное исследование упругихсвойств неконсолидированных гранулированных сред, находящихся поддействием статических и динамических нагрузок, методами нелинейнойакустики.ЗАДАЧИ РАБОТЫПоставленная цель достигается путем решения следующих задач:1.
Разработка и создание экспериментальныхлинейныхинелинейныхупругихустановоксвойствдляисследованиягранулированныхнеконсолидированных сред (ГНС) методами нелинейной акустики;2. Теоретическое и экспериментальное исследованиявлияния внешнегостатического давления и амплитуды зондирующей акустической волныконечной амплитуды на линейные и нелинейные упругие свойства ГНС;23. Исследованиеособенностейотраженияакустическихволнотдвумерного гранулированного неконсолидированного слоя.НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ1. Созданы экспериментальные установки и методики для исследованияупругих свойств гранулированных неконсолидированных сред методаминелинейной акустики.2.
Получены аналитические выражения для коэффициентов упругости 2, 3 и 4порядков в одномерной гранулированной неконсолидированной среде(ОГНС). Показано, что упругая нелинейность исследуемой среды, связаннаясконтактомГерца,большечемнапорядокпревышаетупругуюнелинейность, определяемую ангармонизмом кристаллической решеткиматериала, из которого изготовлены шары.3. Теоретически и экспериментально исследовано влияниевнешней силы,приложенной к ОГНС, на ее упругие свойства. Впервые обнаруженанемонотонная зависимость нелинейных упругих параметров 2 и 3 порядков вОГНС от величины внешней статической силы. Аномальное поведениенелинейныхупругихпараметровобъясненоструктурнымфазовымпереходом от одномерной к двумерной структуре, вызванным внешнейстатической силой, приложенной к ОГНС.4.
Теоретическииэкспериментальноисследовановлияниевнешнегостатического давления и амплитуды упругой волны на величину скоростиупругой волны в ГНС. Было обнаружено, что при увеличении амплитудызондирующего сигнала в ГНС наблюдалось отклонение зависимостиотносительной скорости от амплитуды от теоретически предсказаннойквадратичнойзависимости.Этообъясняетсяструктурнымфазовымпереходом, вызванным упругой деформацией в акустической волне, врезультате которого происходит изменение упаковки шаров и соотношениямежду количеством сильно и слабо поджатых контактов.5.
Теоретически и экспериментально исследовано влияние внешнего давлениянавеличинунелинейныхупругихпараметроввтрехмернойГНС.Экспериментально обнаружена немонотонная зависимость нелинейных3упругих параметров второго и третьего порядков от давления. Полученнаязависимость объяснена структурными фазовыми переходами в ГНС,вызванными внешним статическим давлением и меняющими упаковку шарови, как следствие, соотношение между сильно и слабо поджатыми контактами.6. Теоретически и экспериментально исследовано отражение гармоническойволны от слоя стальных шаров, имеющих дисперсию величины ихдиаметров.
Теоретически рассчитана зависимость коэффициента отраженияосновной акустической волны и нелинейного упругого параметра отвнешнего давления. Результаты теоретического анализа находятся в согласиис экспериментальными результатами.7. Показано,чтогранулированнаянеконсолидированнаясредаявляетсясистемой, линейными и нелинейными свойствами которой можно управлятьвнешнимистатическими(давление)идинамическими(амплитудазондирующей волны) воздействиями.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ1. Упругиелинейныенеконсолидированныхмежатомнымиисреднелинейные(ГНС)взаимодействиямисвойствагранулированныхопределяютсявосновномнев материале гранул, а состояниемконтактов между отдельными гранулами.2. ГНС является средой, упругими свойствами которой можно в широкихпределахуправлятьвнешнимистатическимиидинамическимивоздействиями.3.
Воздействия, какстатические, так идинамические, могут вызватьструктурные фазовые переходы в ГНС, сопровождающиеся аномальнымповедением нелинейных упругих свойств.АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИПорезультатамисследований,представленныхвдиссертации,опубликовано 21 научная работа, в том числе 3 в рецензируемых журналах,входящих в список ВАК, 2 статьи в журнале «Proceedings of Meetings onAcoustics», а также в 16 статей и тезисов в трудах научных конференций.4Результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на 9российских и 4 международных конференциях: сессия научного совета РАН поакустике и XXV сессия Российского Акустического Общества (2012 г.,Таганрог), сессия научного совета РАН по акустике и XXIV сессия РоссийскогоАкустического Общества (2011 г., Саратов), XIII Всероссийской школе-семинаре«Физика и применение микроволн» (2012 г., Звенигород), Международноммолодежных научных форумах «Ломоносов-2012» и «Ломоносов-2013» (2012 г.,2013 г., Москва), III Международной конференции «Воздействие упругих волнна флюиды в пористых средах» (EWEF-2012, Москва), XIII Всероссийскойшколе-семинаре «Физика и применение микроволн» (2011 г., Звенигород), VВсероссийскойконференциимолодыхученых(2010г.,Саратов),Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильныхинженеров (ААИ) “Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритетыразвития и подготовка кадров” (2010 г., Москва), XVI и XVII InternationalConference on Nonlinear Elasticity in Materials (Prague, 2011, Cefalu, 2012), IEEEInternational Ultrasonics Symposium including Short Courses and Exhibition(Dresden, 2012) и International Congress on Ultrasonics (Singapore, 2013).ИсследованияпотемедиссертациибылиподдержаныгрантамиРоссийского Фонда Фундаментальных Исследований, грантом Президента РФдля государственной поддержки ведущих научных школ, персональнымигрантамиАкустическогоАмериканскогоОбществаиНациональнойгеофизической лаборатории Лос-Аламоса.ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРАВсе изложенные в диссертационной работе оригинальные результатыполучены автором лично, либо при его непосредственном участии.СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основныхрезультатов и выводов, и списка цитируемой литературы.
Общий объем работы5111 страниц текста, в том числе 24 рисунка, 1 таблица и список цитируемойлитературы из 123 наименований.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВпервойглавепроведенкраткийобзорсовременныхметодовисследования упругих свойств гранулированных неконсолидированных сред(ГНС). Проводится анализ имеющихся к настоящему времени научныхпубликаций, посвященных изучению упругих свойств ГНС.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
