Разработка методики расчета и исследование акустических параметров пористых водонасыщенных грунтов

• Автор: Чернов, Максим Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 210 с. : ил.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОРИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ СРЕД

1.1. Модели расчёта параметров водонасыщенных грунтов

1.2. Сравнение значений некоторых параметров среды, рассчитанных с помощью различных теоретических моделей

1.3. Физические и акустические свойства донных грунтов

1.4. Выводы

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОРИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ

2.1. Описание математической модели

2.1.1. Обозначение векторных операторов

2.1.2. Соотношения напряжения и деформации для однородных упругих сред

2.1.3. Уравнения движения

2.1.4. Волновые уравнения для жидкости и пористой среды

2.1.5. Акустический импеданс жидкости и высокопористых материалов при нормальном падении звуковой волны
2.1.6. Импеданс одно- или многослойной жидкости, прикреплённой к жесткой непроницаемой стене, при нормальном падении волн
2.1.7. Коэффициенты отражения и поглощения среды при нормальном падении звуковых колебаний
2.2. Расчет основных параметров пористой водонасыщенной среды
2.2.1. Расчёт зависимости величины эффективной плотности пористого водонасыщенного материала от частоты
2.2.2. Расчёт зависимости модуля объемной упругости среды от частоты
2.2.3. Расчёт скорости распространения звуковых колебаний в пористой водонасыщенной среде

2.2.4. Расчёт величины импеданса пористого водонасыщенного материала акустическому воздействию
2.2.5. Расчёт коэффициентов отражения и поглощения средой акустических колебаний
2.3. Сравнительный анализ результатов, полученных при математическом моделировании процесса распространения звука в среде с результатами лабораторных измерений
2.4. Выводы
3. МОДЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОРИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ИХ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1. Исследование влияния пористости скелета и вязкости заполняющей его жидкости на изменение параметров пористых водонасыщенных сред в широком диапазоне частот
3.1.1. Исследование изменения эффективной плотности среды от частоты для различных значений пористости рамы
и вязкости жидкости
3.1.2. Исследование изменения модуля объёмной упругости среды от частоты для различных значений пористости рамы
и вязкости жидкости
3.1.3. Исследование изменения скорости распространения звука в среде при различных значениях пористости рамы
и вязкости жидкости от частоты колебаний
3.1.4. Исследование влияния пористости среды и вязкости жидкости на изменение характеристического импеданса
3.1.5. Исследование изменения поверхностного импеданса среды при изменении пористости среды и вязкости жидкости
на различных частотах колебаний
3.1.6. Исследование частотной зависимости коэффициента отражения средой акустических колебаний при различных значениях пористости среды и вязкости жидкости

3.1.7. Исследование частотной зависимости коэффициента
поглощения акустических колебаний средой при различных
значениях пористости среды и вязкости жидкости
3.2. Исследование зависимости акустических параметров песчаных водонасыщенных сред от толщины слоя на различных частотах сигнала для жёсткой и упругой рамы
3.2.1. Исследование зависимости величин поверхностного импеданса, коэффициентов отражения и поглощения материала с жёсткой рамой
от толщины слоя и на различных частотах
3.2.2. Исследование зависимости величин поверхностного импеданса, коэффициентов отражения и поглощения материала с упругой рамой
от толщины слоя для различных частот звуковых колебаний
3.3. Исследование влияния толщины слоя песчаной водонасыщенной среды с жёсткой и упругой рамой на акустические параметры среды
3.3.1. Исследование зависимости величин поверхностного импеданса, коэффициентов отражения и поглощения материала с жёсткой рамой
от частоты звука для различных толщин слоя пористой среды
3.3.2. Исследование зависимости величин поверхностного импеданса, коэффициентов отражения и поглощения материала с упругой рамой
от частоты звука для различных толщин слоя пористой среды
3.4. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АНТЕНН ПРИ ЛОЦИРОВАНИИ
ПОРИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ СРЕД
4.1. Энергетическая дальность действия параметрических гидролокаторов в водной среде
4.2. Энергетические характеристики параметрического профилографа пористых водонасыщенных донных структур
4.3. Исследования энергетических характеристик гидроакустического профилографа при лоцировании слоя песчаной водонасыщенной
донной структуры

сг,]=(Кс-2М)вёи+2Меи. (2.63)
Уравнение (2.59) описывает распространение равновеликих волн, распространяющихся со скоростью с', равной

(2.64)
Как пример, простой векторный потенциал может быть использован как:
¥= Вс°я
со I —7 + м + а
(2.65)
В этом случае и2 - только компонента вектора смещения, отлична от нуля:
В со
со —7 + м + а
(2.66)
Это поле деформации, соответствует распространение параллельно оси х3, неплоского сдвига.
2.1.5. Акустический импеданс жидкости и высокопористых материалов при нормальном падении звуковой волны
Рассмотрим как вычисляется импеданс нормально падающей звуковой волны для одно- или многослойной жидкости, используя модель Алларда [61].
При условии распространения плоской волны в безграничной жидкости возможно решение ряда уравнений, описывающих процесс прохождения звука в среде. Простое потенциальное смещение решается волновым уравнением (2.47) для жидкости

ср(хъ, 0 = 7 со5[щ(/ - х3 /с) + а]

(2.67)
Здесь со - циклическая частота, а с - скорость звука, описывается уравнением (2.52). Величина а - определяет фазу колебания, которая зависит от времени и расстояния х3 до источника, а А - амплитуда акустического давления. Из уравнений (2.53) и (2.54) следует, что компоненты вектора смещения и и акустическое давление р соответственно равны: