Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию направленности акустического источника продольных волн, расположенного на свободной поверхности изотропной сплошной среды, и разработке методов пространственной концентрации излучения источника при помощи изменения геометрии источника. Кроме того, в диссертационной работе решена задача оптимизации формы источника, с целью концентрации излучения источника в наперед заданном эффективном угле просвечивания.
Актуальность рассматриваемой задачи обусловлена ее многочисленными приложениями в технике и технологиях. Акустическое зондирование с помощью излучателей, расположенных на свободной поверхности, широко применяется в акустической дефектоскопии, промысловой и инженерной геофизике, гидроакустике и других областях науки и техники. К числу задач, решение которых может быть достигнуто при помощи акустического зондирования, относятся: поиск полезных ископаемых, широкий комплекс малоглубинных инженерных геофизических задач, связанных со строительством крупных сооружений, метрополитенов, дорог и мостов, задачи связанные с сейсморайонированием, геофизические исследования, проводимые с поверхности воды, а также проблемы экологического мониторинга. С точки зрения геометрической акустики, необходимость концентрации акустической энергии волн в некотором эффективном круговом конусе определяется лучами источник - объект исследования - приемник. Кроме того, концентрация энергии акустических волн в эффективном конусе просвечивания, при зондировании неоднородных сред, повышает коэффициент полезного действия источника излучения. Величина угла между осью и образующей этого конуса (далее называется эффективным углом просвечивания) определяется потребностями конкретных задач акустического зондирования (дефектоскопия, инженерная или промысловая геофизика и т.п.). Под концентрацией энергии акустических волн в эффективном угле просвечивания в работе подразумевается сосредоточение максимальной части излучаемого источником потока вектора интенсивности излучения через поверхность сферического сегмента, ограниченного основанием эффективного конуса просвечивания. Повышение коэффициента полезного действия существующих виброакустических источников обуславливает актуальность исследуемой задачи. В связи с этим, возникает необходимость исследования возможности управления направленностью излучения источника, расположенного на свободной поверхности, при помощи изменения геометрических параметров излучателя.
^
Цели работы
Исследовать в рамках акустического приближения распространение продольных волн от источника, расположенного на свободной поверхности, внутри конического рупора;
Изучить влияние геометрии рупора на направленность излучения источника;
Разработать методику оценки степени сосредоточения излучения источника в эффективном угле;
Получить оптимальные значения геометрических параметров рупора, обеспечивающих концентрацию излучения в эффективном угле просвечивания.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем: в рамках двумерного и осесимметричного акустического приближения показано существенное влияние геометрии рупора на излучение, генерируемое системой источник-рупор. Автором предложена методика оценки степени сосредоточения излучения системы источник-рупор в эффективном угле просвечивания. Разработан метод оптимизации геометрической формы системы источник-рупор для достижения концентрации излучения в наперед заданном эффективном угле. При различных соотношениях входных параметров, на основе предложенного автором метода, получены оптимальные значения геометрических параметров рупора, обеспечивающие концентрацию излучения системы источник-рупор в эффективном угле просвечивания.
Практическая ценность полученных результатов состоит в том, что они могут быть использованы в инженерной геофизике и акустической дефектоскопии для концентрации излучения существующих источников виброакустических волн.
Достоверность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается использованием хорошо апробированных аналитических и численных методов решения волновых задач.
Апробация работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на семинаре отдела прикладной гидродинамики ИГиЛ СО РАН под руководством чл.-корр. РАН В. В. Пухна-чева (2009, 2011гг.), на семинаре отдела математических задач геофизики ИВМиМГ СО РАН под руководством академика Б. Г. Михайленко (2011г.), на семинаре отделения гидрофизики и гидроакустики ИПФ РАН под руководством д.ф.-м.н А. Г. Лучинина, на семинарах лаборатории гидроаэро-упругости ИГиЛ СО РАН (2009, 2011гг.), на семинаре кафедры гидродинамики НГУ «Волны в неоднородных средах» (2009г), а также на научных конференциях по механике:
-
XLIV Международной научной студенческой конференции «Студент и научно технический прогресс» в г. Новосибирске (2006г.)
-
Международном семинаре «Акустика неоднородных сред» в г. Новосибирске (2006, 2009гг.)
-
Всероссийской конференции «Новые математические модели в механике сплошных сред: построение и изучение» в г. Новосибирске (2009г.)
-
VII Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики: теория эксперимент и новые технологии» в г. Новосибирске (2009г.)
-
Всероссийской молодежной конференции «Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей» в г. Новосибирске (2010г.)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в работах [1-6]. Работа [2] выполнена в соавторстве с СВ. Сухининым. Вклад авторов в совместной работе является равным.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 108 страниц состоит из введения, двух глав, заключения, 48 иллюстраций и списка литературы из 110 наименований.
Похожие диссертации на Разработка методов пространственной концентрации акустического излучения от источника, расположенного на границе полупространства
