Генерация и распространение сдвиговых волн в резиноподобных средах с неоднородностями сдвигового модуля

• Автор: Ведерников, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

§1.1. Упругие свойства резиноподобных материалов и мягких биологических

ТКАНЕЙ

§ 1.2. Методы измерения локальной сдвиговой

упругости резиноподобных материалов

1.2.1. Регистрация внутренних смещений при приложении

статической деформации к поверхности образца

1.2.2. Регистрация амплитуды и фазы внутренних смещений

при приложении колебаний к поверхности образца

1.2.3. Измерение импедансных характеристик мягких тканей при

возбуждении низкочастотных вибраций

1.2.4. Измерение локальной скорости сдвиговых волн,
возбуждаемых вибратором, внедренным в среду
1.2.5. Измерение локальной скорости сдвиговых волн, возбуждаемых сфокусированным ультразвуковым пучком
Глава 2. ИЗМЕРЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГОВОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ В НЕОДНОРОДНЫХ
РЕЗИНОПОДОБНЫХ СРЕДАХ
§ 2.1. Генерация сдвиговых волн сфокусированным ультразвуковым пучком
§ 2.2. Образцы резиноподобных сред и измерение их
акустических и упругих свойств
§ 2.3. Изготовление образцов с неоднородностями сдвигового модуля
§ 2.4. Экспериментальная установка и методика измерения
распределения сдвигового модуля в неоднородном образце
§ 2.5. Экспериментальные результаты
§ 2.6. Выводы главы
Глава 3. ГЕНЕРАЦИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СДВИГОВЫХ ВОЛН В РЕЗИНОПОДОБНЫХ СРЕДАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПУЧКОВ
§ 3.1. Генерация и детектирование сдвиговых волн

С ПОМОЩЬЮ СФОКУСИРОВАННОГО УЛЬТРАЗВУКА
§ 3.2. Измерение упругих модулей с помощью стандартной аппаратуры
ультразвуковой визуализации и терапии
§ 3.3. Выводы главы
Глава 4. СДВИГОВЫЕ ВОЛНЫ В РЕЗИНОПОДОБНОЙ СРЕДЕ С ТЕПЛОВОЙ НЕОДНОРОДНОСТЬЮ СДВИГОВОГО МОДУЛЯ
§ 4.1.Генерация сдвиговых волн с учетом нагрева среды в
фокальной области ультразвукового пучка
§ 4.2. Измерение теплофизических свойств полимерных образцов
§ 4.3. Контроль изменения температуры в фокальной области
ультразвукового излучателя
4.3.1. Дистанционные методы измерения температуры в резиноподобных
средах и в мягких биологических тканях в условиях локального нагрева
4.3.2. Экспериментапьные результаты контроля температурных
изменений в фокальной области ультразвукового излучателя
§ 4.4. Распространение сдвиговых волн в среде с тепловой
неоднородностью сдвигового модуля
§ 4.5.Выводы главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

К резиноподобным средам традиционно относят эластичные материалы, способные испытывать значительные упругие деформации без нарушения внутренней структуры при приложении сравнительно небольших механических напряжений [1]. Область упругих деформаций резиноподобных материалов лежит в диапазоне (100-300)%, что существенно превышает предел упругих деформаций обычных твердых тел. К резиноподобным материалам относятся резины, полимеры, а также мягкие биологические ткани. В таблице 1 приведены характерные значения модулей объемной и сдвиговой упругости для твердых тел и для резиноподобных материалов [2, 3, 4]. Сдвиговый модуль упругости резиноподобных сред на несколько порядков меньше модуля объемной упругости, тогда как для твердых тел эти величины сравнимы. Это означает, что деформации, возникающие в резиноподобных материалах при приложении внешних сил, будут в основном сдвиговыми. Скорость распространения упругих волн в твердых телах, и в резиноподобных средах в частности, определяется упругими модулями среды. Поэтому для их определения используются методы измерения скорости продольных волн и волн сдвига в образцах. Кроме того, используются вынужденные колебания образцов под
Таблица 1. Характерные значения модулей объемной и сдвиговой упругости для твердых тел и резиноподобных сред.
ТИП МАТЕРИАЛА Модуль ОБЪЕМНОЙ упругости, Па Модуль сдвиговой упругости, Па
Твердые тела Алюминий 7.24-Ю10 2.59-1010
Железо 15.59-Ю10 8.04-Ю10
Кварцевое стекло 3.78-Ю10 3.2-Ю10
Резиноподобные среды Резина из НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА 2-109 3-104-2
Мягкие биоткани 2-3-Ю10 103М07

перемещение излучателя, мм
Рис. 14. Зависимость времени задержки прихода сдвиговой волны от перемещения ультразвукового излучателя в образце со вставкой в виде цилиндра. Нуль на оси абсцисс соответствует положению непрозрачной частицы. Окружность соответствует положению цилиндрической вставки.
Таблица 2. Результаты измерения сдвигового модуля в неоднородных образцах.
Тип ОБРАЗЦА |Т, ДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, КПА Ц,СТАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, КПА
СО ВСТАВКОЙ В ФОРМЕ СЛОЯ ОСН.ЧАСТЬ(ДО ВСТАВКИ) 22 ±2 18 ±
ВСТАВКА 2.6±0.5 1.0 ±0
ОСН.ЧАСТЬ (ПОСЛЕ ВСТАВКИ) 24 ±2 18 ±
ДВУСЛОЙНЫЙ МЯГКИЙ СЛОЙ 1.0 ±0.2 1.0 ±0
ЖЕСТКИЙ СЛОЙ 18.5 ±1.3 18± 1
СО ВСТАВКОЙ В ФОРМЕ ЦИЛИНДРА ОСН.ЧАСТЬ(ДО ВСТАВКИ) 24 ±2 25 ±2
ВСТАВКА 7.3 ±0.5 6.0 ±0
ОСН.ЧАСТЬ (ПОСЛЕ ВСТАВКИ) 28 ±2 25 ±2