Диссертация (1104104), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Íà ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 2.10 (â)ïðîôèëÿõ âîëí íà ðàçíîé âûñîòå h îò ïîâåðõíîñòè â ñòðóêòóðå çàäíåãî ôðîíòà èçíà÷àëüíî íàáëþäàþòñÿ ôðîíòû ïàäàþùåé è îòðàæ¼ííîé âîëí (ïðîôèëü ïðè h = 2 ìì), êîòîðûåâïîñëåäñòâèè áûñòðî ðàñõîäÿòñÿ äðóã îò äðóãà (ïðîôèëè ïðè h = 16 ìì è h = 30 ìì).Èíòåðåñíî, ÷òî íåïîñðåäñòâåííî âáëèçè æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè óðîâåíü äàâëåíèÿ áîëåå, ÷åìâ äâà ðàçà ïðåâûøàåò àìïëèòóäó ïàäàþùåãî ôðîíòà.
Âñïîìíèì, ÷òî ïðè ëèíåéíîì îòðà48p, кПа302251.5201150.5100(б)21700(в)720740τ , мкс0700760701702703704705τ , мксh = 8 ммh = 2 мм2h = 6 ммh = 8 ммh = 10 мм0.5-0.55«ножка»Маха1.5p, кПаh, мм(а)h = 30 ммh = 16 ммp, kPa1.510.50-0.5-1700730τ , мкс760700730τ , мкс760700730τ, мкс760700730τ , мкс760Ðèñ. 2.10.
Ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ ïðè îòðàæåíèèN -âîëíû îò ïîâåðõíîñòè: (à) ñòðóêòóðà ïîëÿ, (á) ñòðóêòóðà ïåðåäíåãî ôðîíòà, (â) âîññòàíîâëåííûå ïðîôèëè N -âîëíû íà ðàçëè÷íîé âûñîòå h îò ïîâåðõíîñòè.æåíèè îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè äàâëåíèå òî÷íî óäâàèâàåòñÿ.  ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àåàìïëèòóäà äàâëåíèÿ ïàäàþùåãî ôðîíòà ñîñòàâëÿåò 1 êÏà, ÷òî õîðîøî âèäíî íà ïðîôèëÿõ ïðè h = 8 ìì è h = 16 ìì, êîãäà ïàäàþùèé ôðîíò óæå îòäåëèëñÿ îò îòðàæ¼ííîãî.Óðîâåíü äàâëåíèÿ âáëèçè ïîâåðõíîñòè ñîñòàâëÿåò 2.3 êÏà (ïðîôèëü ïðè h = 2 ìì), òîåñòü óñèëåíèå äàâëåíèÿ ïðîèçîøëî â 2.3 ðàçà.Ðàññìîòðèì, êàê èçìåíÿåòñÿ ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà ôðîíòîâ ïî ìåðå îòðàæåíèÿ N -âîëíû îò ðàçëè÷íûõ òî÷åê ïîâåðõíîñòè (ðèñ.
2.11).  øëèðåí-ýêñïåðèìåíòå (ðèñ. 2.8)p, кПа0l = 13 см2l = 33 смl = 17 смl = 37 см440h, мм302010350400τ, мкс450420460τ, мкс500940960 980τ, мкс1000 10401080τ, мкс1120Ðèñ. 2.11. Ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà ïîëÿ íà ðàçëè÷íûõ ðàññòîÿíèÿõ l ïðè íåëèíåéíîìîòðàæåíèè N -âîëíû îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè.49Длина «ножки» Маха, ммðàíåå óäàëîñü âèçóàëèçèðîâàòü òîëüêî ñòðóêòóðó ïðè îòðàæåíèè ïåðåäíåãî ôðîíòà N âîëíû, â òî âðåìÿ êàê èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà äàþò êîëè÷åñòâåííóþ èíôîðìàöèþ î âñåé ñòðóêòóðå ïîëÿ. Íà ðèñ.
2.11 âèäíî, ÷òî ¾íîæêà¿ Ìàõà,ôîðìèðóþùàÿñÿ ïðè îòðàæåíèè ïåðåäíåãî ôðîíòà N -âîëíû, ïåðïåíäèêóëÿðíà ïîâåðõíîñòè è óâåëè÷èâàåòñÿ â ðàçìåðàõ ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèå âîëíû âäîëü ïîâåðõíîñòè;îòðàæåíèå çàäíåãî ôðîíòà âñþäó ïðîèñõîäèò â ðåãóëÿðíîì ðåæèìå.Èñïîëüçîâàíèå èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåí10äåðà òàêæå ïîçâîëèëî èçìåðèòü òðàåêòîðèþ8òðîéíîé òî÷êè ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ¾íîæêè¿ Ìàõà âäîëü ïîâåðõíîñòè (ðèñ. 2.12). Îêà6çàëîñü, ÷òî ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå õîðî4øî àïïðîêñèìèðóþòñÿ ëèíåéíîé çàâèñèìîñòüþ2â ïðåäåëàõ èññëåäóåìûõ â ýêñïåðèìåíòå ðàññòîÿíèé l. Ìèíèìàëüíî äîñòóïíîå äëÿ èçìåðåíèÿ01015202530ðàññòîÿíèå h îò ïîâåðõíîñòè ñîñòàâëÿëî 2 ìì,l, смîäíàêî ëèíåéíàÿ èíòåðïîëÿöèÿ äàííîé çàâèñèÐèñ. 2.12.
Òðàåêòîðèÿ òðîéíîé òî÷êè.ìîñòè â ñòîðîíó óìåíüøåíèÿ äëèíû ¾íîæêè¿Ìàõà ïðåäñêàçûâàåò, ÷òî ðåãóëÿðíûé ðåæèì îòðàæåíèÿ ïåðåõîäèò â íåðåãóëÿðíûé ïðèl = 8 ñì. Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî ðåçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, ïðîâåä¼ííîãî â ðàáîòå [95], ïðåäñêàçûâàþò íåëèíåéíûé õàðàêòåð (ñíà÷àëà íåëèíåéíûé ðîñò, ïîòîì ñïàä)èçìåíåíèÿ äëèíû ¾íîæêè¿ Ìàõà ïî ìåðå å¼ ðàñïðîñòðàíåíèÿ âäîëü ïîâåðõíîñòè â ñëó÷àåïëîñêîé èäåàëüíîé N -âîëíû. ßâëÿåòñÿ ëè ïîëó÷åííàÿ â ýêñïåðèìåíòå ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü ñëåäñòâèåì ñôåðè÷íîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû è å¼ áîëåå áûñòðûì çàòóõàíèåì ïîñðàâíåíèþ ñ èññëåäóåìîé â [95] ïëîñêîé âîëíîé, èëè ýòî âñåãî ëèøü íà÷àëüíûé ó÷àñòîêáîëåå ñëîæíîé íåëèíåéíîé çàâèñèìîñòè - âîïðîñ äàëüíåéøèõ èññëåäîâàíèé.2.5.
Íåëèíåéíîå âçàèìîäåéñòâèå îòðàæ¼ííîãî ïåðåäíåãî èïàäàþùåãî çàäíåãî ôðîíòîâ N -âîëíûÏðè îòðàæåíèè N -âîëíû îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè íåëèíåéíîå âçàèìîäåéñòâèå ïàäàþùåãî è îòðàæ¼ííîãî ïåðåäíèõ ôðîíòîâ N -âîëíû ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ¾íîæêè¿Ìàõà âáëèçè ïîâåðõíîñòè. Ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà òèïà ¾íîæêè¿ Ìàõà ìîæåò îáðàçîâûâàòüñÿ òàêæå è íàä ïîâåðõíîñòüþ ïðè âçàèìîäåéñòâèè îòðàæ¼ííîãî ïåðåäíåãî èïàäàþùåãî çàäíåãî ôðîíòîâ N -âîëíû.
Ðàññìîòðèì ñòðóêòóðó ïîëÿ, ïîëó÷åííóþ â ýêñïåðèìåíòå â ñëó÷àå l = 13 ñì (ðèñ. 2.11). Íà íåé õîðîøî çàìåòíà îáëàñòü ïîâûøåííîãîäàâëåíèÿ íàä ïîâåðõíîñòüþ â ðàéîíå ïåðåñå÷åíèÿ îòðàæ¼ííîãî ïåðåäíåãî è ïàäàþùåãîçàäíåãî ôðîíòîâ N -âîëíû (îáëàñòü æ¼ëòîãî öâåòà, íàõîäÿùàÿñÿ íà âûñîòå h ≈ 4 ñì è ïðèτ ≈ 400 ìêñ). Ïî ñòðóêòóðå ôðîíòîâ ýòà îáëàñòü íàïîìèíàåò íåðåãóëÿðíîå îòðàæåíèå, ñòîé ëèøü ðàçíèöåé, ÷òî ¾íîæêà¿ Ìàõà òåïåðü îðèåíòèðîâàíà ââåðõ. ×òîáû ðàçîáðàòüñÿ â50p, кПа42p, кПа2p, кПа2p, кПаh = 8 ммh = 10 ммh = 12 ммh = 14 ммh = 16 ммh = 18 ммh = 22 ммh = 24 ммh = 26 ммh = 28 ммh = 30 ммh = 32 ммh = 36 ммпадающийзаднийфронтh = 38 ммh = 42 ммh = 44 мм0−2420−24p, кПаh = 6 мм0−2420−24p, кПаh = 4 мм0−24h = 34 мм2отраженныйпереднийфронт0−24p, кПаh = 2 ммh = 40 мм20−2360380400τ, мкс420360380400τ, мкс420360380400τ, мкс420Ðèñ.
2.13. Ïðîôèëè N -âîëíû, èçìåðåííûå ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà íà ðàçëè÷íîé âûñîòå h îò æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè íà ðàññòîÿíèè îò èñêðîâîãî èñòî÷íèêà l = 13 ñì.# ïðè÷èíå îáðàçîâàíèÿ òàêîé ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû íàä æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòüþ ïðîñëåäèì, êàê èçìåíÿþòñÿ ïðîôèëè âîëíû ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðàññòîÿíèÿ h äî ïîâåðõíîñòè(ðèñ. 2.13). Âáëèçè ïîâåðõíîñòè íà âûñîòå h = 2 ìì îò íå¼ ïðîôèëü âîëíû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäèíî÷íûé èìïóëüñ, ïåðåäíèé ôðîíò êîòîðîãî ñîîòâåòñòâóåò ¾íîæêå¿ Ìàõà, à÷àñòü ïðîôèëÿ, ãäå ïðîèñõîäèò óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ â ôàçå ðàçðåæåíèÿ ñîîòâåòñòâóåòïàäàþùåìó è îòðàæ¼ííîìó çàäíèì ôðîíòàì N -âîëíû. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ âûñîòû h íàäïîâåðõíîñòüþ ¾íîæêà¿ Ìàõà ðàçäåëÿåòñÿ íà äâà ôðîíòà, ïðè÷¼ì îòðàæ¼ííûé ïåðåäíèéôðîíò íà÷èíàåò ñìåùàòüñÿ ïî ïðîôèëþ âïðàâî.  òîæå âðåìÿ ñòàíîâÿòñÿ äàëüøå äðóãîò äðóãà ó÷àñòêè ïðîôèëÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå ïàäàþùåìó è îòðàæ¼ííîìó çàäíèì ôðîíòàì, à ïàäàþùèé çàäíèé ôðîíò ñìåùàåòñÿ ïî ïðîôèëþ íàîáîðîò âëåâî.
Âèäíî, ÷òî ïðèh = 36 ìì íà óäàðíûé ó÷àñòîê ïðîôèëÿ, ñîîòâåòñòâóþùèé îòðàæ¼ííîìó ïåðåäíåìó ôðîíòó, ïðèõîäèò áîëåå ïîëîãèé ïàäàþùèé çàäíèé ôðîíò. Äàëüøå ïðîèñõîäèò èõ íåëèíåéíîåâçàèìîäåéñòâèå è ñëèÿíèå â åäèíûé óäàðíûé ôðîíò (ïðîôèëü ïðè h = 44 ìì), êîòîðûé ïîôèçè÷åñêîé ñóòè òàêæå ÿâëÿåòñÿ ¾íîæêîé¿ Ìàõà. Çàìåòèì, ÷òî àìïëèòóäà ýòîãî ôðîíòà(2.1 êÏà) ïðèìåðíî òàêàÿ æå, êàê àìïëèòóäà ïåðåäíåãî ïàäàþùåãî ôðîíòà, à ñàì ïðîôèëüñòàíîâèòñÿ ïîõîæèì ïî ôîðìå íà äâà ïåðèîäà ïèëîîáðàçíîé âîëíû.Òàêèì îáðàçîì, ôîðìèðîâàíèå ¾íîæêè¿ Ìàõà ïðè îòðàæåíèè N -âîëíû îò æ¼ñòêîéïîâåðõíîñòè ìîæåò ïðîèñõîäèòü êàê âáëèçè ïîâåðõíîñòè, òàê è íà íåêîòîðîé âûñîòå îò íå¼â îáëàñòè, ãäå ïðîèñõîäèò âçàèìîäåéñòâèå ïàäàþùèõ è îòðàæ¼ííûõ ôðîíòîâ N -âîëíû. Âñëó÷àå èäåàëüíîé N -âîëíû, êîãäà è ïåðåäíèé, è çàäíèé ôðîíò ÿâëÿþòñÿ óäàðíûìè, òàêîåâçàèìîäåéñòâèå áóäåò âûðàæåíî ñèëüíåå.2.6.
Âûâîäû êî âòîðîé ãëàâåÑ ïîìîùüþ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ (øëèðåí-ìåòîäà è èíòåðôåðîìåòðèè ïî ñõåìå ÌàõàÖåíäåðà) âèçóàëèçèðîâàíà ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà è èçìåðåíû ïðîôèëè ñôåðè÷åñêèðàñõîäÿùåéñÿ N -âîëíû â âîçäóõå ïðè å¼ îòðàæåíèè îò ïëîñêîé æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè.Îïðåäåëåíû çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêîãî ïàðàìåòðà, ñîîòâåòñòâóþùåãî ðåãóëÿðíîìó è íåðåãóëÿðíîìó ðåæèìàì îòðàæåíèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî íåðåãóëÿðíîå îòðàæåíèå N -âîëí èìååò äèíàìè÷åñêèé õàðàêòåð äëèíà ¾íîæêè¿ Ìàõà ëèíåéíî ðàñòåò ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿâîëíû âäîëü îòðàæàþùåé ïîâåðõíîñòè.52Ãëàâà 3Ìåõàíèçìû íàñûùåíèÿ ïàðàìåòðîâ ðàçðûâíûõ âîëíïðè ôîêóñèðîâêå èìïóëüñíûõ è ïåðèîäè÷åñêèõñèãíàëîâ èñòî÷íèêîâ ìîùíîãî óëüòðàçâóêà3.1.
ÂâåäåíèåÈññëåäîâàíèå ôîêóñèðîâêè èìïóëüñíûõ è ïåðèîäè÷åñêèõ ñèãíàëîâ áîëüøîé àìïëèòóäû ÿâëÿåòñÿ âàæíûì íàïðàâëåíèåì íåëèíåéíîé àêóñòèêè [1, 4]. Èíòåðåñ ê ýòîé òåìàòèêå, â ÷àñòíîñòè, ñâÿçàí ñ ðàçëè÷íûìè ìåäèöèíñêèìè ïðèëîæåíèÿìè ìîùíîãî óëüòðàçâóêà. Ôîêóñèðîâàííûå èìïóëüñíûå óäàðíî-âîëíîâûå ïó÷êè èñïîëüçóþòñÿ, íàïðèìåð, âëèòîòðèïñèè [96] äëÿ ðàçðóøåíèÿ ïî÷å÷íûõ êàìíåé, à ïåðèîäè÷åñêèå âîëíû â íåèíâàçèâíîé õèðóðãèè äëÿ ðàçðóøåíèÿ îïóõîëåé ìÿãêèõ òêàíåé [3, 4]. Ýôôåêòèâíîñòü ýòèõïðîöåäóð ñèëüíî çàâèñèò îò âûáîðà ðåæèìà ðàáîòû èçëó÷àòåëÿ: êîëè÷åñòâà è ôîðìû ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ, èõ àìïëèòóäû è äëèòåëüíîñòè.
Äëÿ âûáîðà íàèáîëåå îïòèìàëüíîãî ðåæèìà ðàáîòû èçëó÷àòåëÿ íåîáõîäèìî óìåòü ïðåäñêàçûâàòü ïàðàìåòðû ñîçäàâàåìîãîóäàðíî-âîëíîâîãî ïîëÿ, à òàêæå âûçûâàåìûå èì áèîëîãè÷åñêèå ýôôåêòû. Íåîáõîäèìî òàêæå ó÷èòûâàòü, ÷òî óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû âîëíû ïðè ôîêóñèðîâêå ñîïðîâîæäàåòñÿ óñèëåíèåì íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ, ïðèâîäÿùèì ê ôîðìèðîâàíèþ óäàðíûõ ôðîíòîâ â ôîêàëüíîéîáëàñòè ïó÷êà. Ïðè ñèëüíîì ïðîÿâëåíèè íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ íàáëþäàåòñÿ ýôôåêò íàñûùåíèÿ ïàðàìåòðû àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ â ôîêóñå èçëó÷àòåëÿ ïåðåñòàþò çàâèñåòü îòíà÷àëüíîé àìïëèòóäû ïîëÿ íà èñòî÷íèêå [5, 6].Ìåõàíèçìû, âñëåäñòâèå êîòîðûõ âîçíèêàåò íàñûùåíèå, îêàçûâàþòñÿ ðàçëè÷íûìèäëÿ ïåðèîäè÷åñêèõ è èìïóëüñíûõ ïîëåé.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
