Возбуждение, распространение и трансформация сейсмоакустических волн на границе раздела газообразной и твердой сред.

• Автор: Разин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 316 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Возбуждение сейсмоакустических волн распределенными силовыми источниками, действующими вблизи границы раздела газ —твердое тело

1.1. Действие зависящих то времени сил, распределенных внутри упругой

среды по плоскости, параллельной её границе

1.1.1. Постановка задачи и интегральные выражения для волновых

полей
1.1.2. Мощность излучения волны Стонели, возбуждаемой распределенными гармоническими силовыми источниками
1.1.3. Возбуждение объемных гармонических упругих волн в твердом полупространстве подповерхностными силовыми источниками
1.1.4. Поле и мощность излучения поверхностной волны Рэлея, возбуждаемой гармоническими силами, действующими внутри

твердого полупространства

1.2. Действие распределенных силовых источников на поверхность однородного упругого полупространства, граничащего с газом
1.2.1. Возбуждение волны Стонели распределенными силовыми источниками, действующими на границе раздела твердое тело-газ
1.2.2. Акустические волны, излучаемые в газ при действии на его границу с твердой средой гармонических сил
1.2.3. Асимптотики полей и энергетические характеристики упругих волн, возбуждаемых в твердом полупространстве распределенными поверхностными силовыми гармоническими источниками
1.2.4. Энергия упругих волн, возбуждаемых в твердом полупространстве нестационарными распределенными поверхностными силовыми источниками
1.3. Рассеяние поверхностной акустической волны Рэлея на неоднородности малых размеров в твердом полупространстве
1.3.1. Постановка задачи и качественный анализ эффективных источников рассеянных волновых полей
1.3.2. Рассеяние волны Рэлея наточенном подповерхностном возмущении плотности
Глава II. Поверхностные, вытекающие и объемные сейсмоакустиче-ские волны в системе газ —твердое тело: случай осесимметричных гармонических источников
2.1. Излучение сейсмоакустических волн источниками, действующими на
поверхности контакта газообразной и твердой сред
2.1.1. Возбуждение волны Стонели при действии на границу газ-
твердое тело перпендикулярной к ней гармонической силы

2.1.2. Излучение поверхностной и вытекающей волн на границе газообразного и твердого полупространств
2.1.3. Особенности излучения волны Стонели на границе раздела газ-твердое тело
2.2. Поля и энергетические характеристики излучения сейсмоакустиче-ских волн, возбуждаемых подповерхностными точечными гармоническими источниками
2.2.1. Особенности проникания звука из воздуха в воду
2.2.2. Распределение мощности излучения по типам упругих волн, возбуждаемых в твердом полупространстве подповерхностным гармоническим силовым источником
2.2.3. Возбуждение акустической волны в атмосфере сейсмическим источником
2.3. Энергетические характеристики волн Лява, возбуждаемых в системе упругий слой-упругое полупространство
2.4. Возбуждение сейсмоакустических волн гармоническим силовым источником, действующим на границе жидкого слоя и упругого полупространства
2.4.1. Интегральные выражения для волновых полей
2.4.2. Полные мощности излучения мод в жидком слое и в упругом полупространстве
2.4.3. Мощности излучения продольной и поперечной сферических
волн в упругом полупространстве
2.4.4. Парциальные мощности излучения мод в упругом полупространстве и в жидком слое
2.4.5. Численное исследование мощностей излучения сейсмоакустических волн в системе жидкий слой-упругое полупространство
Глава III. Функции Грина задач о возбуждении сейсмоакустических волн источниками, действующими на границе раздела газ-твердое тело
3.1. Действие источника в виде импульсной сосредоточенной силы на границу газообразного и твердого полупространств
3.1.1. Особенности звукового поля, возникающего при действии импульсной силы на плоскую поверхность контакта газообразной и твердой сред
3.1.2. Возбуждение упругих волн нормальным к границе раздела газ-твердом тело импульсным силовым воздействием
3.2. Эффекты полного внутреннего отражения звука и распространение боковых и поверхностных волн вдоль границы раздела газ-твердое

3.2.1. Отражение сферического акустического дельта-импульса от границы раздела газ - твердое тело
3.2.2. Возбуждение упругих волн импульсным звуковым источником, действующим на границе раздела газ-твердое тело
3.2.3. Распространение сферического акустического дельта-импульса
вдоль границы раздела газ-твердое тело
3.3. Переходное излучение сейсмоакустических волн
3.3.1. Переходное излучение акустических волн на границе раздела
газ-твердое тело источником массы
3.3.2. Переходное излучение упругих волн
Глава IV. Численное моделирование распространения звуковых
волн в неоднородной движущейся атмосфере
4.1. Лучевой метод расчета звуковых полей в стратифицированной движущейся атмосфере
4.1.1. Основные уравнения акустики неоднородной движущейся атмосферы
4.1.2. Площадь элементарной лучевой трубки и интенсивность звука
на луче в плоско-слоистой медленно движущейся атмосфере
4.2. Влияние температурной стратификации атмосферы и ветра на поле точечного источника звука
4.2.1. Алгоритм расчета звуковых полей в плоско-слоистой медленно движущейся атмосфере в приближении геометрической акустики
4.2.2. Численное моделирование поля точечного источника звука в приземном слое атмосферы
4.2.3. Влияние малых возмущений вертикальных профилей скоростей звука и ветра на поле акустического излучателя в приземном
слое атмосферы
4.3. Восстановление билинейного профиля скорости звука в приповерхностном атмосферном рефракционном волноводе
4.3.1. Восстановление билинейного профиля скорости звука по измерениям времен и углов прихода акустических сигналов в двух точках наблюдения
4.3.2. Восстановление билинейного профиля скорости звука по измерениям времен прихода звуковых импульсов в трех пунктах приема
4.4. Распространение нелинейной сферической акустической волны от точечного источника в стандартной атмосфере

и связанный с излучением поверхностных волн на границе раздела твердое тело-газ. При условии с < сд, где сд — скорость рэлеевской волны на границе твердое тело-вакуум (соответствующее ей волновое число кл определяется из уравнения Рэлея R0{k) = 0), уравнение (1.1.51) имеет один действительный корень к = ks, соответствующий поверхностной волне Стонели [120,121].
Полученное интегральное решение задачи позволяет сделать ряд общих выводов о возбуждении тех или иных типов волн источниками различных конфигураций. Если вертикальная составляющая силы отсутствует, fz — 0, а распределение горизонтальных сил fx,y{r,t) представляет собой соленоидальное поле (div/ = 0), то отличны от нуля только потенциалы А А33н. Такой источник возбуждает только попереч-
ные волны, вектор смещений в которых лежит в горизонтальной плоскости (S-ff-волны). Акустические волны в газе, продольные волны в твердом теле, а также поверхностная волна Стонели в этом случае не возбуждаются.
Если приложенные к плоскости г = h силы имеют вертикальную составляющую, или, в её отсутствие, и ротор, и дивергенция поля горизонтальных сил отличны от нуля, rot / ф 0, div/ ф 0, то возбуждаются акустические волны в газе, продольные и поперечные {SV- и S-ff-поляризаций) волны в твердом теле, а также поверхностная волна Стонели. Потенциальное поле горизонтальных сил (rot / = 0) волны б'Я-поляризации не возбуждает.
Отметим, что выражения (1.1.43)—(1.1.46) и первые слагаемые в формулах (1.1.47), (1.1.49), (1.1.50) описывают поля упругих волн, возбуждаемых силовыми источниками, распределенными по плоскости в безграничной твердой среде.
1.1.2. Мощность излучения волны Стонели, возбуждаемой распределенными гармоническими силовыми источниками
Для гармонических силовых воздействий, когда

где ш0 — циклическая частота и /ш(г) — распределение сил по плоскости z = h, из соотношения (1.1.20) следует, что
F(k, oj) = 5(и> — о>о) Fu,{k), (1.1.52)

Ы) = ^2 // Ш ^dr (1.1.53)

— пространственный спектр гармонического источника. Поля акустических и упругих волн, генерируемых таким источником, выражаются в виде двойных интегралов Фурье по х- и у-компонентам волнового вектора.
Рассмотрим случай гармонических силовых источников. Обсуждение различных
подходов к вычислению энергии излучения волн содержится, например, в работе [184].