Влияние плотности листов терморасширенного графита на прохождение акустической волны

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния поверхностной плотности тонкого пористого листа терморасширенного графита на коэффициент прозрачности для акустической волны. Доказана возможность применения теории тонких пленок для описания процессов прохождения акустических волн через пористые листовые среды в области низких частот и малых толщин. Проведена оценка влияния рабочей частоты на чувствительность коэффициента прозрачности к поверхностной плотности листа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. В. Муравьева

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pmkk@istu.ru
Россия, Ижевск; Ижевск

Л. А. Денисов

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Email: pmkk@istu.ru
Россия, Ижевск

О. П. Богдан

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Email: pmkk@istu.ru
Россия, Ижевск

А. В. Блинова

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Email: pmkk@istu.ru
Россия, Ижевск

Список литературы

  1. Biot M.A. Acoustics, elasiticity, and thermodynamics of porous media: twenty-one papers. New York: Acoustical Society of America, 1992. 265 p.
  2. Губайдуллин А.А., Болдырева О.Ю., Дудко Д.Н. Скорость и поглощение линейных волн в пористых средах, насыщенных газом и его гидратом // Прикл. мех. техн. физ. 2022. Т. 63. № 4 (374). С. 56—63. doi: 10.15372/PMTF20220406. EDN PXHPXI
  3. Yang Q., Malcolm A., Rusmanugroho H., Mao W. Analysis of radiation patterns for optimized full waveform inversion in fluid-saturated porous media // Geophysical Journal International. 2019. V. 216. № 3. P. 1919—1937. doi: 10.1093/gji/ggy525
  4. Sivanantham M., Thyla P., Loganathan P., Sathish S. Measuring Methods of Acoustic Properties and Influence of Physical Parameters on Natural Fibers: A Review // Journal of Natural Fibers. 2019. V. 17. № 12. P. 1—20. doi: 10.1080/15440478.2019.1598913
  5. Zhao H., Wang Y., Yu D., Yang H., Zhong J., Wu F., Wen J. A double porosity material for low frequency sound absorption // Composite Structures. 2020. V. 239. 111978 p. doi: 10.1016/j.compstruct.2020.111978
  6. Oh J.-H., Kim J.-S., Nguyen V.-H., Oh I.-K. Auxetic graphene oxide-porous foam for acoustic wave and shock energy dissipation // Composites Part B: Engineering. 2020. V. 186. 107817 p. doi: 10.1016/j.compositesb.2020.107817
  7. Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. Особенности отражения акустических волн от границы или слоя двухфазной среды // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 2. С. 162—173.
  8. Дмитриев В.Л., Пономарева Е.А. Распространение акустических волн в слоистых пористых средах / Труды Института механики УНЦ РАН. Уфа: Гилем, 2007. С. 169—175.
  9. Jimenez N., Umnova O., Groby J.-P. Acoustic Waves in Periodic Structures, Metamaterials, and Porous Media / From Fundamentals to Industrial Applications. Topics in Applied Physics. Springer, 2021. 444 p.
  10. Bogdan O.P., Zlobin D.V., Murav’eva O.V., Molin S.M., Platunov A.V. Evaluation of nonuniformity of elastic properties of sheets made from closed-сell polyolefin foams by acoustic method // Devices and Methods of Measurements. 2021. Т. 12. № 1. С. 58—66.
  11. Богдан О.П., Муравьева О.В., Платунов А.В., Рысев Д.С. Исследование характеристик листов пенополиэтилена акустическими методами // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2020. Т. 23. № 2. С. 61—68. doi: 10.22213/2413-1172-2020-2-61-68. EDN RNJUOD.
  12. Федотовский В.С. Пористая среда как акустический метаматериал с отрицательными инерционными и упругими свойствами // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 5. С. 547—553. doi: 10.1134/S0320791918050027. EDN UWWHVP.
  13. Horoshenkov K., Hurrell A., Groby J.-P. Erratum: A three-parameter analytical model for the acoustical properties of porous media // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 145 (4). P. 2512—2517. doi: 10.1121/10.0000560
  14. Zhang W., Mehrabian A. Связь поромеханики и адсорбции в мультипористых твердых телах // Физ. мезомех. 2023. Т. 26. № 2. С. 43—56. doi: 10.55652/1683-805X_2023_26_2_43. EDN LYEEKU.
  15. Фоменко С.И., Джана Р.Б., Ромашин А.К. Моделирование распространения упругих волн в двухфазной пористо-упругой среде и определение эффективных модулей с помощью поверхностных волн / Математическое моделирование в естественных науках. Материалы XXXI Всероссийской школы-конференции. Пермь, 05—08 октября 2022 года. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2022. Т. 1. С. 308—310. EDN LYMNAZ.
  16. Kidner M., Hansen C. A comparison and review of theories of the acoustics of porous materials // International Journal of Acoustics and Vibrations. 2008. V. 13. P. 1—27.
  17. Леньков С.В. Акустические поверхностные волны в пористо-упругих двухфазных средах // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25. № 3. С. 375—384. doi: 10.15350/17270529.2023.3.33. EDN PBCENE.
  18. Ильясов Х.Х., Кравцов А.В., Кузнецов С.В., Секерж-Зенькович С.Я. Об особенностях акустических волн в средах с большими значениями пористости в рамках теории Био // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 6. С. 665—669. doi: 10.7868/S0320791917060041. EDN ZIEVFB.
  19. Zhang L., Ba J., Carcione J.M. Wave propagation in infinitupleporosity media // J. Geophy Res: Solid Earth. 2021. V. 126. № 4. doi: 10.1029/2020JB021266
  20. Ситдикова Л.Ф., Гималтдинов И.К. Задача о распространении акустических волн в пористой среде, насыщенной пузырьковой жидкостью // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика. 2021. Т. 13. № 1. С. 59—66. doi: 10.14529/mmph210107. EDN QVHMWD.
  21. Li J.X., Rezaee R., Muller T.M. Wettability effect on wave propagation in saturated porous medium // J. Acoust. Soc. Am. 2020. V. 147. P. 911—920. doi: 10.1121/10.0000616
  22. Venegas R., Zielinski T. G., Nunez G., Becot F.-X. Acoustics of porous composites // Composites Part B Engineering. 2021. V. 220. 109006 p. doi: 10.1016/j.compositesb.2021.109006
  23. Tao L. Porosity reconstruction based on Biot elastic model of porous media by homotopy perturbation method // Chaos, Solitons & Fractals. 2022. V. 158. 112007 p. doi: 10.1016/j.chaos.2022.112007
  24. Goyal S., Bhagwan J., Tomar S.K. Elastic waves at the plane interface of swelling porous half-space and viscoelastic half-space with voids // Int. J. Mech. Sci. 2020. V. 188. 105942 p. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2020.105942
  25. Губайдуллин А.А., Болдырева О.Ю., Дудко Д.Н. Взаимодействие акустических волн с пористым слоем // Теплофизика и аэромеханика. 2009. Т. 16. № 3. С. 455—470. EDN KTOLRN.
  26. Голуб М.В., Дорошенко О.В., Оконешникова Е.А., Фоменко С.И. Моделирование распространения упругих волн в слоистом периодическом композите с дважды периодическим массивом интерфейсных отслоений произвольной формы // Математическое моделирование в естественных науках. 2022. Т. 1. С. 71—74. EDN KYBHPB.
  27. Исаев О.Ю., Смирнов Д.В., Лепихин В.П., Белова М.Ю., Колесова С.М. Технология и аппаратурное оформление процесса производства уплотнительных материалов из терморасширенного графита // Конструкции из композиционных материалов. 2006. № 4. С. 76—79. EDN JZGEQJ.
  28. Котов С.А., Музафарова С.-В.Р., Ливинцова М.Г. Исследование процессов уплотнения порошков терморасширенного графита при прокатке // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17. № 8. С. 366—370. EDN XHGSSI.
  29. Богдан О.П., Муравьева О.В., Блинова А.В., Злобин Д.В. Исследование плотности образцов из терморасширенного графита акустическим амплитудно-теневым методом // Дефектоскопия. 2023. № 8. С. 21—31. doi: 10.31857/S0130308223080031. EDN DYTIAG.
  30. Секоян С.С., Шлегель В.Р., Бацанов С.С., Гаврилкин С.М., Поярков К.Б., Гурков А.А., Дуров А.А. Влияние пористости и дисперсности материалов на скорость распространения звуковых волн // Прикладная механика и техническая физика. 2009. Т. 50. № 4 (296). С. 121—127. EDN: KVDCIF
  31. Кравцов А.В., Шорникова О.Н., Булыгина А.И., Солопов А.Б., Кустов А.Л., Авдеев В.В. Исследование пористой структуры терморасширенного графита, полученного из нитрата высокоориентированного пиролитического графита // Журнал физической химии. 2023. Т. 97. № 6. С. 827—835. doi: 10.31857/S0044453723060122. EDN: JIJQQW.
  32. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. 2-е изд. дополненное и переработанное. М.: Наука, 1973. 340 c.
  33. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. Пер. с нем. / Под ред. В. С. Григорьева и Л. Д. Розенберга. М.: Изд-во иностр. лит., 1956. 726 с.
  34. Kuznetsov S.V, Mondrus V.L. Love waves in stratified monoclinic media // Quarterly of Applied Mathematics. 2004. V. 62. No. 4. P. 749—766. doi: 10.1090/qam/2104272. EDN LIVDIN.
  35. Kuznetsov S.V. Guided waves in stratified media with equal acoustic impedances // Mechanics of Materials. 2022. V. 170. P. 104338. doi: 10.1016/j.mechmat.2022.104338. EDN MCHXLS.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема определения коэффициента прозрачности по нормали (а) и под углом к поверхности (б); фото установки (в)

Скачать (499KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментальные зависимости коэффициента прозрачности от плотности листа при его различной толщине

Скачать (171KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальная зависимость коэффициента прозрачности от поверхностной плотности (а); от обобщенного параметра (б)

Скачать (138KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспериментальные зависимости коэффициента прозрачности от угла ввода для образцов № 1 и № 3

Скачать (80KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Постановка задачи о прохождении плоской волны через тонкий слой

Скачать (56KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость амплитуд (а, б) и фаз (в, г) коэффициентов прозрачности D и отражения R от fh для образца № 1 при скорости C2 = 330 м/с (а, в) и скорости C2 = 1470 м/с (б, г)

Скачать (412KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость коэффициента прозрачности от частоты при изменении скорости Cl (ρ = 643 кг/м3, h = 1,5 мм) (а); при изменении толщины образца (Cl = 500 м/с, ρ = 1147 кг/м3) (б); при изменении плотности образца (Cl = 500 м/с, h = 1,5 мм) (в)

Скачать (206KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Теоретическая зависимость коэффициента прозрачности от поверхностной плотности ρh (а); от (ρh)–1 (б)

Скачать (157KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Теоретическая зависимость коэффициента прозрачности от угла падения для образцов № 1 и № 3

Скачать (108KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Теоретическая зависимость чувствительности SD коэффициента прозрачности к поверхностной плотности ρh в различных частотных диапазонах

Скачать (143KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Теоретическая зависимость чувствительности коэффициента прозрачности к поверхностной плотности (ρh)–1 от частоты

Скачать (70KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимости изменения амплитуды ΔU прошедшего сигнала, полученного при калибровке (формула (12)), и изменения коэффициента прозрачности ΔD, полученного при моделировании от изменения плотности Δρ

Скачать (146KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024