Автореферат (1104103)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛомоносоваФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиКарзова Мария МихайловнаНЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ОТРАЖЕНИИ ИФОКУСИРОВКЕ РАЗРЫВНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН ВЗАДАЧАХ АТМОСФЕРНОЙ И МЕДИЦИНСКОЙ АКУСТИКИСпециальность: 01.04.06 – акустикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2016Работа выполнена на кафедре акустики физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В.

Ломоносова.Научный руководитель:Хохлова Вера Александровна, д.ф.-м.н.,доцент кафедры акустики физическогофакультета МГУ имени М.В. ЛомоносоваНаучный консультант:Блан-Бенон Филипп, доктор философии (Ph.D.),профессор, директор Лаборатории механикижидкостей и акустики Высшей центральнойшколы г. Лиона (Франция)Официальные оппоненты:Преображенский Владимир Леонидович,д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудникНаучного центра волновых исследованийИОФ РАН имени А.М.

ПрохороваКуличков Сергей Николаевич, д.ф.-м.н.,зам. директора по научной работе в Институтефизики атмосферы имени А.М. Обухова РАНВедущая организация:Акустический институт имени академикаН.Н. АндрееваЗащита диссертации состоится « »2016 г. вчасовминутна заседании Диссертационного Совета Д 501.001.67 в МГУ имениМ.В. Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы д.1,стр.2, физический факультет, аудитория имени Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Московскогогосударственного университета имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан «»2016 г.Ученый секретарьДиссертационного Совета Д 501.001.67к.ф.-м.н., доцент2А.Ф.

КоролевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.Проблема описания пространственно-временной структуры акустическихполей, создаваемых при нелинейной фокусировке волн с ударными фронтами(разрывных волн) и их отражении от границ различного типа, является важнойдля многих задач атмосферной и медицинской акустики. В медицине фокусированные ударно-волновые поля стали широко использоваться около 30 летназад для разрушения почечных камней (литотрипсия).

В настоящее времяпоявились новые медицинские приложения, использующие фокусированныеразрывные волны – экстракорпоральная ударно-волновая терапия, остановкавнутреннихкровотечений(ультразвуковойгемостазис),разрушениеопухолевых тканей с помощью мощного ультразвука. Все указанныеприложения связаны с распространением интенсивных (до 30 кВт/см2 вфокальной области пучка) акустических волн в нелинейных средах, когда впрофиле волны образуются ударные фронты, а вносимые биологическиеэффектывомногомопределяютсяамплитудойударногофронта.Ваэроакустике большое внимание к задачам распространения разрывных волн иих отражения от границ обусловлено планами по созданию нового поколениясамолётов сверхзвуковой пассажирской авиации. Импульсы звукового удара,или N-волны, образующиеся при полете самолетов на скоростях, превышающихскорость звука, распространяются в атмосфере до поверхности земли,отражаются от неё и формируют акустическое поле с неоднороднымраспределением давления.

Высокие и низкие уровни акустического давлениямогут оказывать вредное воздействие на людей и на строения. Ударные волныразличной интенсивности создаются также при взрывах, раскатах грома,землетрясениях,схлопываниикавитационныхпузырьков,мощныхэлектрических разрядах и даже в симфонической музыке при громкой игре нанекоторыхдуховыхинструментах.Несмотрянавнешнееразличиепрактических приложений, эти задачи медицинской физики и аэроакустикиимеют много общего в плане теоретических моделей, поскольку связаны с3распространением, нелинейной фокусировкой и отражением от границразрывных акустических волн.Теоретические подходы к описанию данных задач достаточно сложны, иполучение аналитических решений представляется возможным только в рамкахупрощённыхмоделей.Дляболееполногоописанияпространственно-временной структуры полей разрывных волн используются методы численногомоделирования совместно с проведением модельных экспериментальныхисследований. Стоит отметить, что наличие разрыва в профиле волнысущественно усложняет как численное моделирование, так и измерения.

Впервом случае трудности имеют скорее технический характер и связаны снеобходимостью использования мелких временных и пространственных шаговчисленной сетки и, как следствие, с повышенными требованиями квычислительным ресурсам и объёму оперативной памяти. Моделированиепрактических задач нелинейной фокусировки и распространения разрывныхволн в численном эксперименте стало возможным только в последнее времяблагодарястремительномуразвитиюсуперкомпьютеровиметодовпараллельных вычислений.Сложности измерений разрывных волн акустическими методами имеют вбольшейстепенипринципиальныйхарактер.Во-первых,частотныехарактеристики даже современных широкополосных измерительных приборов,конденсаторных микрофонов и оптоволоконных гидрофонов, ограничены навысоких частотах, что во многих случаях не позволяет корректно измеритьширину ударного фронта. Во-вторых, при использовании микрофонов формаизмеренного сигнала искажается за счёт дифракции волны на его поверхности.В-третьих, при проведении прецизионных измерений структуры фронтов,возникающих при отражении от поверхностей, помещение в исследуемуюобластьмикрофонаискажаетструктуруполя,посколькувноситдополнительные отраженные от микрофона волны.

В связи с этим большойинтерес в экспериментальных исследованиях представляет возможностьприменения альтернативных методов, в частности оптических, позволяющих схорошим временным разрешением измерять разрывные акустические волны без4искажения профиля волны и структуры поля.

В диссертации оптическиеизмерения профилей N-волны при её распространении и отражении отповерхностей проводились с помощью двух оптических методов: шлирен–метода и интерферометрии по схеме Маха–Цендера.Присутствие ударного фронта в профиле мощного акустического сигналаприводит к возникновению ряда особенностей проявления нелинейнодифракционных эффектов при фокусировке и отражении волны.

Одним изклассическихэффектов,обусловленныхналичиемразрыва,являетсяформирование трехволновой структуры поля вблизи отражающей поверхностипри малых углах падения волны. Этот эффект, впервые экспериментальнообнаруженный Э. Махом в 1868 г., хорошо изучен в физике сильных ударныхволн, когда значения акустических чисел Маха близки к единице, а профильволны имеет вид ступеньки. Такие волны характерны для аэродинамики.Акустические возмущения с ударными фронтами имеют более сложнуювременную структуру (N-волны, пилообразные волны и др.) и на несколькопорядков меньшие значения акустического числа Маха. Задача отраженияакустических разрывных волн от поверхностей до сих пор остаётся до концанеизученной.

В диссертации экспериментально исследуется нелинейноеотражение N-волны, создаваемой искровым источником в воздухе, от плоскойжёсткой поверхности.Другим классическим явлением, обусловленным присутствием разрыва впрофиле волны, является насыщение параметров акустического поля принелинейной фокусировке.

Существование физического предела для пиковыхакустических давлений важно учитывать в медицинских приложениях,использующих мощные фокусированные излучатели. Известные аналитическиеоценки для расчёта давления в фокусе и уровней его насыщения былиполучены на основе различных приближений и, поэтому, являются неточными.Более точное и детальное изучение предельных значений параметровнелинейныхфокусированныхполейиихпространственно-временнойструктуры стало возможным позднее при использовании методов численногомоделирования. В работе О.В. Бессоновой (2009) была численно исследована5фокусировкаакустическихпучковпериодическихволнсучётомодновременного влияния нелинейно-дифракционных эффектов и поглощения.Моделирования нелинейной фокусировки ударных импульсов с цельюисследования эффектов насыщения в импульсных полях ранее не проводилось.В диссертации численно исследуется влияние временной и пространственнойструктуры фокусированного акустического пучка на проявление эффектанасыщения и формирования структур типа «ножки» Маха вблизи оси пучка вего фокальной области.Какупоминалосьвыше,исследованиенелинейныхэффектоввфокусированных полях современных медицинских устройств является важнойзадачеймедицинскойакустики.Пониманиепространственно-временнойструктуры полей медицинских излучателей необходимо как для планированиявызываемого терапевтического эффекта, так и для разработки оптимальныхрежимов облучения, обеспечивающих наиболее эффективное воздействие.

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.

Список файлов диссертации