Статьи журнала - Техническая акустика
Все статьи: 276
Многопузырьковая акустическая кавитация: математическая модель и физическое подобие
Статья научная
Показано, что пространственное распределение плотности эрозионной мощности многопузырьковой кавитации может быть описано функцией координат пространства и параметров волны, которая вызывает кавитацию. Для этого, в каждой точке пространства необходимо вычислить значение двух специальных метрик. Первая из этих метрик позволит найти среднее время прихода в эту точку возмущения давления от пульсаций всех пузырьков, вторая - средний коэффициент затухания величины этих возмущений. Полагая многопузырьковую кавитацию эргодическим процессом, интеграл суперпозиции всех возмущений давления следует аппроксимировать периодической обобщенной функцией импульса давления на поверхности одиночного кавитационного пузырька с периодом колебаний равным периоду гармонической волны. Это делает относительно легким численное моделирование динамики многопузырьковой кавитации и дает возможность количественно сравнивать результаты ее физико-химического воздействия при использовании для этого теории физического подобия. Также это позволяет с достаточной степенью точности и надежности выполнять необходимые при проектировании технологических устройств технические расчеты
Бесплатно
Моделирование акустических свойств диссипативных шумоглушителей
Статья научная
Акустические параметры шумоглушителя рассматриваются на базе модельной задачи распространения звука в области, заполненной двумя средами. Первая среда - идеальная сжимаемая жидкость с плотностью ro и скоростью звука c; вторая - звукопоглощающий материал (ЗПМ), акустические свойства которого определяются удельным сопротивлением продуванию r. Соответственно, безразмерная частотная характеристика эффективности шумоглушителя при заданной геометрии оказывается зависящей лишь от отношения линейного размера конструкции к характерному масштабу L=ro*c/r. В рамках данного подхода построены универсальные расчетные характеристики эффективности протяженных диссипативных пластинчатых глушителей с волокнистым ЗПМ. Выполнен анализ двухпараметрической модели, учитывающей влияние отношения ширины канала к толщине звукопоглощающей панели. Показано, что в ряде случаев возможно использование однопараметрической модели, устанавливающей зависимость безразмерной частотной характеристики от ширины канала при больших толщинах панелей. Применительно к последнему случаю выполнены систематические расчеты как для сотовой, так и для изотропной упаковки ЗПМ в панелях шумоглушителя.
Бесплатно
Моделирование акустического импульса, падающего на земную поверхность из атмосферы
Статья научная
Выполнено численное 3-D моделирование распространения акустического импульса, создаваемого источником звука в атмосфере, расположенным на некоторой высоте над земной поверхностью. Исследуется модель с плавной стратификацией плотности воздуха с высотой (экспоненциальный закон спада). Построены визуальные картины пространственного распределения уровня давления на фронте акустического импульса в окружающей воздушной среде с плавной стратификацией плотности и, в частности, на границе грунт-атмосфера при различных высотах расположения импульсного источника звука над границей.
Бесплатно
Моделирование высокочастотного подводного шума с использованием искусственных нейронных сетей
Статья научная
Фоновый подводный шум формируется многочисленными источниками природного и антропогенного происхождения. В статье представлена оценка подводного шума в зависимости от скорости ветра и высоты волн, выполненная с использованием искусственных нейронных сетей. В основе обучения нейронной сети лежат результаты измерений, полученных в Бенгальском заливе на глубине 5 м всенаправленными гидрофонами. Проанализированы результаты 100 измерений, выполненных при скоростях ветра от 2.5 до 9 м/с и высоте волн от 0.2 до 2 м. Экспериментальные данные показали, что уровни шума снижаются с повышением частоты в рассматриваемом диапазоне и повышаются с увеличением скорости ветра и высоты волн нелинейно. Обнаружено, что предложенный метод полезен для прогноза уровней подводного шума в рассматриваемом диапазоне частот, что подтверждается оценками среднеквадратических погрешностей.
Бесплатно
Моделирование грома и звука разрядов в изоляции
Статья научная
Величественные и божественные молния и гром аналогичны по физике некоторых процессов опасным разрядам в изоляции высоковольтного оборудования. При этом разница в размерах разрядов составляет 6-8 порядков. Замедленный в 100-500 раз звук разрядов в оборудовании иногда напоминает гром. Математическое моделирование грома облегчается тем, что хорошо изучены акустические свойства воздушной среды, что часто недостаточно известно для оборудования. Для математического описания грома используется восстановление исходных акустических импульсов разрядов по высокочастотным всплескам звукового спектра. Моделирование источника звука и среды распространения проводится с помощью электрической схемы, созданной на основе электромеханических аналогий. При этом аналогом источника звука является генератор импульсов напряжения, а импульсная переходная функция среды соответствует схеме с фильтром низких частот, что позволяет точно восстановить форму начала звуковой волны на протяжении нескольких исходных импульсов. Совпадение форм реальной и смоделированной волны доказывает справедливость модели. Обнаружив предшествующие исходным акустическим импульсам синхронные с ними электрические импульсы, можно уверенно проводить локацию дефектов высоковольтного оборудования.
Бесплатно
Моделирование датчиков акустической эмиссии и калибровка электрострикцией
Статья научная
Для математического моделирования распространения и приёма ультразвуковых импульсов применяется программа EMTLab, позволяющая составить эквивалентную схему датчика акустической эмиссии и получить его отклик на импульсный сигнал. Для этого практически и математически наряду с эталонными методами применяются ударная труба низкого давления - функция Хевисайда, искровой разряд или взрывное кипение - функция Дирака, силы Кулона - отрезок гармонической функции с постоянным смещением. Показано, что калибровочные и реальные акустические сигналы разрядных процессов совпадают с полученными программой. Поэтому для акустически простых объектов энергетики можно моделировать переходную функцию среды, восстанавливая исходный импульс. Рассмотрено применение пондеромоторных сил для генерации ультразвука на второй гармонике приложенного напряжения, что повышает помехоустойчивость измерений. Показано, что электризация плёнки диэлектрика может быть помехой при измерениях.
Бесплатно
Моделирование звука фортепьяно с использованием негармонического гребенчатого фильтра с потерями
Статья научная
Рассмотрено применение системы фильтров для моделирования негармонического звукового сигнала применительно к фортепьяно. Модель учитывает особенности струн фортепьяно: дисперсию, связанную с жесткостью струны, зависимость потерь от частоты, наличие «фантомов» частичных тонов, глухой звук. Модифицированный полосовой фильтр используется как основной элемент при моделировании. Набор узкополосных фильтров, соединенных параллельно, известный как негармонический настраиваемый гребенчатый фильтр, используется для моделирования дисперсии. Центральные частоты полосовых фильтров могут быть настроены соответственно неполным частотам звука фортепьяно. Фильтр, моделирующий потери, спроектирован таким образом, чтобы обеспечить зависимость потерь от частоты. Разработанная модель реализована с использованием MATLAB.
Бесплатно
Моделирование интенсификации нефтедобычи при акустическом воздействии на пласт из скважины
Статья научная
Рассматривается модель физических процессов, имеющих место при акустическом воздействии на пласт. Флюид, заполняющий пористую проницаемую среду пласта-коллектора, состоит из легкой и тяжелой углеводородных фракций, находящихся в условиях термодинамического равновесия. Фильтрация и акустическое воздействие могут нарушать равновесный баланс между фракциями и приводить к постепенному осаждению либо растворению тяжелой компоненты. Изменение фильтрационно-емкостных свойств среды, вызванное дисбалансом концентраций компонент флюида, может иметь решающее действие на процессы восстановления дебита продуктивных скважин.
Бесплатно
Моделирование модификаций Девайна и Зудина уравнения Рэлея-Плессе динамики пузырька в трубке
Статья научная
Микроскопические пузырьки используются в качестве контрастного вещества в ультразвуковых медицинских исследованиях. При моделировании поведения свободных пузырьков (находящихся в свободном пространстве) с использованием уравнения Рэлея-Плессе их динамика внутри сосуда остаётся недостаточно ясной. В статье динамика микропузырьков в цилиндрической трубке моделируется двумя модифицированными уравнениями Рэлея-Плессе. Одно из уравнений получено Ю. Б. Зудиным в 1991 г., другое - Ч. Девайном в 1961. Результаты моделирования сопоставлены друг с другом, с аналитическими решениями и с экспериментальными данными Установлено, что обе модели показывают снижение резонансной частоты и амплитуды колебаний пузырьков при уменьшении радиуса трубки
Бесплатно
Моделирование процесса измерения уровня жидкости акустическим методом, учитывающим факторы среды
Статья научная
Приводятся результаты численного моделирования для процесса измерения уровня жидкости методом, основанным на теории решения обратной задачи Штурма-Лиувилля по двум спектрам. Показана работоспособность предложенного метода, алгоритмов его реализации и возможность их применения в интеллектуальных приборах, оснащенных микропроцессорным вычислителем.
Бесплатно
Моделирование ультразвукового поля массива преобразователей
Статья научная
Массив ультразвуковых преобразователей является очень сложной структурой. Измерение создаваемых им полей весьма трудоемкий процесс. Поэтому численное моделирование является актуальным. В статье представлен метод расчета ультразвукового поля для массива преобразователей при импульсном возбуждении. Разработано программное обеспечение для расчета давления в ультразвуковом поле и представления результатов различными способами. В качестве исходных данных используются размеры элементов, их расположение, свойства окружающей среды. Результаты расчета сравниваются с результатами, полученными с помощью программного обеспечения, разработанного другими специалистами.
Бесплатно
Модель волноводного распространения поверхностной волны вдоль ребра клина
Статья научная
В настоящее время во многих известных волноводных устройствах используются поверхностные волны. Однако, такие существенные недостатки, как уширение пучка, неэффективное использование площади подложки, сложность искривления звукопровода резко ограничивают их широкое применение в технике. Более перспективными являются волноводы, в которых волна ограничена в поперечном направлении. Таким требованиям удовлетворяют клиновые волноводы. Энергия волн в таких волноводах сконцентрирована в окрестности ребра клина, а их скорости существенно ниже скорости рэлеевской волны на плоской поверхности. Единственным средством анализа этих волн до настоящего времени являются либо численные расчеты, либо эмпирические зависимости. В данной работе предложена модель, которая описывает пространственно локализованные волновые пучки, являющиеся основной формой движения вдоль ребра. Выполнены расчеты волновых полей, образующихся вблизи окрестности ребра, которые удовлетворяют уравнениям движения и граничным условиям. Получено дисперсионное соотношение для волноводных мод. Модельные расчеты структуры волнового пучка согласуются с экспериментальными наблюдениями.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен способ существенного повышения точности определения напряжений в металлических конструкциях с помощью модификации метода измерения скорости ультразвука. Вводится новый элемент - счетчик импульсов, позволяющий измерять импульс с максимальной амплитудой и запоминанием его в счетчике. Приводятся экспериментальные данные по измерению скорости в мостовых конструкциях. Показано, что точность определения напряжений в диапазоне 10-100 МПа достигает 2-4%.
Бесплатно
Мониторинг удаления колючек кактусов с использованием методов фотоакустики
Статья научная
Представлен способ управления и контроля в реальном времени процесса удаления колючек мексиканских кактусов с использованием импульсного лазера. Для обнаружения колючек предлагается два метода. Первый использует амплитуду фотоакустического сигнала, генерируемого при взаимодействии лазерного луча с «телом» кактуса. Второй основан особенностях спектра такого сигнала и позволяет выделять колючки по особенностям которые могут иметь место в коре растения. Это не только однозначно определяет колючки, но и показывает, когда колючка полностью удалена. Получены оптимальные характеристики лазерного импульса.
Бесплатно
Статья научная
Оказывается, что заикание, как феномен нарушения ритма речи, можно рассматривать с позиций технической акустики. Как известно, акустически голосовые звуки речи формируются голосовыми складками, периферийными резонаторами и артикуляторами речевого тракта (полость рта, носа, губы, язык, зубы и т. д). Источником энергии возникающих акустических колебаний является воздушный поток из легких. Управление речевой периферией осуществляется, в основном, со стороны мозга. Одной из функций такого управления является формирование начала и конца голосового сегмента в речи. Иными словами, управление формирует ритм речи. Основную электрическую ячейку мозга мы будем называть нейроном. Здесь мы воспользовались простейшей моделью, способной описать электрические свойства нейрона c учетом фазы его состояния: конденсатором (или интегратором) с утечкой, испускающим, по достижению некоторого порога, импульс. Это модель Leaked-Integrator-and-Fire (LIF-модель) [1]. Как известно, потенциал такого интегратора описывается осцилляциями в виде периодической последовательности импульсов с периодом следования ~1мс, поэтому LIF-модель называется также моделью осциллирующего интегратора или просто - моделью осциллятора. Электрически функционирование мозга можно представить себе как некоторое нелинейное взаимодействие таких осцилляторов. Взаимодействие осцилляторов характеризуется некоторой константой связи [2]. Если потенциал в интеграторе превышает некоторый порог, при котором происходит испускание импульса, то этот интегратор называется активным. Активный интегратор может взаимодействовать с соседними интеграторами двояким образом. 1) Активный интегратор может возбуждать временную осцилляцию потенциала в соседнем интеграторе, при этом пиковое значение потенциала превышает порог. В этом случае он называется «возбуждающим» интегратором. 2) Активный интегратор может и «затормозить» потенциал в соседнем интеграторе до уровня ниже порога. Тогда он называется «тормозящим» интегратором. Относительное число «возбуждающих» («тормозящих») в единицу времени интеграторов называется «возбуждающей» («тормозящей») активностью мозга. Активности измеряются в герцах. На периферии эти активности приводят (с помощью специальных клеток) к натяжению мышц голосовых складок, а также к натяжению других мышц речевого тракта, приводящих в движение, например, диафрагму легких, голосовых складок, губ и т. д. Таким образом, описанное управление физически реализует сегментацию речевого сигнала. Другими словами, оно формирует ритм речи. Общепринято считать, что заикание есть феномен отклонения ритма речи заикающегося пациента от ритма нормальной речи. В ходе многолетних экспериментальных исследований мы убедились, что отличаются как средние длительности сегментов, так и их коэффициенты вариации. Экспериментально установленный критический переход от ритма речи с запинками к ритму нормальной речи позволил нам принять гипотезу о том, что сегменты ритма подчиняется квадратичному отображению с управляющим параметром [3, 4]. Исследования детской фонетики, а также изучение различных форм заикания убедило нас в том, что управляющий параметр отображения имеет нейрофизиологический смысл «торможения». Это «торможение» существует в соответствующем звене иерархии нейронных структур, ответственном за ритм, который наблюдается в определенном возрасте или при определенной форме заикания. Закон квадратичного отображения имеет геометрическое место точек, соответствующих устойчивым состояниям отображения, другими словами, устойчивым продолжительностям сегментов ритма. Это геометрическое место устойчивых состояний называется сценарием ритмов, потому что переходы между состояниями соответствуют, в частности, регулярным ритмам детской «лепетной» речи и ритмам повторяющихся запинок ранней формы заикания. Под влиянием все возрастающего тормозного влияния коры мозга ритм нормальной речи становится иррегулярным. Однако при дальнейшем росте торможения появляются запинки невротического характера в виде пауз молчания, персевераций и т. д. Такая форма заикания, сопровождающаяся как запинками в виде повторов, так и невротическими запинками, носит название устойчивого, «хронического» заикания. Именно такое заикание является «камнем преткновения» для врачей-клиницистов, так как для редукции запинок-повторов требуется увеличение торможения в речевых нейронных центрах, а для редукции невротических запинок, наоборот, требуется снижение торможения в речевых центрах [3]. Однако это противоречие исчезает при учете линейной зависимости, существующей между «тормозящей» активностью и управляющим параметром в сценарии ритмов речи [4]. С другой стороны, можно показать, что при учете конечного времени распространения взаимодействия между соседними нейронами-осцилляторами только лишь «тормозящая» популяция осцилляторов способна организовывать синхронные кластеры.
Бесплатно
Другой
Бесплатно
Статья научная
В рамках метода малых возмущений рассмотрено влияние амплитуднофазовых соотношений в исходном спектре на распространение узкополосной трехчастотной волны конечной амплитуды в квадратично-нелинейной среде без дисперсии. Показано, что в третьем порядке появляются фазозависимые нелинейные добавки к исходным волнам, приводящие как к изменению фазовой скорости отдельных волн, входящих в волновой пакет, так и к нарушению фазового синхронизма между ними. Отмечена взаимосвязь нелинейных процессов поглощения и дисперсии, получено выражение, описывающее локальное поведение закона дисперсии во втором приближении.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально исследуются условия распространения узкополосной трехчастотной волны (волнового пакета) конечной амплитуды с симметричным частотным спектром и произвольными соотношениями начальных амплитуд и фаз. На примере пресной воды показано, что в процессе распространения каждая Фурье-компонента волнового пакета приобретает дополнительный набег фаз, обусловленный их нелинейным взаимодействием между собой. Из полученных зависимостей рассчитаны дисперсионные характеристики: изменения фазовых скоростей отдельных гармонических компонент, групповой скорости волнового пакета и дисперсионного параметра. Отмечается, что проявление нелинейной дисперсии напрямую зависит от величины фазового инварианта трехчастотной волны, представляющего собой линейную комбинацию начальных фаз гармонических волн в составе волнового пакета. Показано, что изменением фазового инварианта можно влиять как на величину, так и на знак дисперсии; отмечены условия, при которых удается исключить ее проявление. Рассмотрены экспериментальная установка, метод и условия измерений нелинейных набегов фаз. Получено качественное согласие расчетных и экспериментальных результатов.
Бесплатно
Непараметрическое (фазовое) управление кавитацией в сонохимическом реакторе
Статья научная
Описывается возможность управления симметричным сонохимическим реактором для физико-химической обработки химически чистой воды, истинных и коллоидных водных растворов, а также дисперсных систем со скоростью звука в них больше чем у воды. Такие реакторы будут эффективны, например, в пищевой промышленности, где обрабатываются растворы NaCl различной концентрации. Показано, что разработка позволяет в любом растворе получить наивысшую рассеиваемую на кавитации акустическую мощность и максимальную производительность обработки без увеличения подводимой электрической мощности путем непараметрического управления кавитацией. Рассмотрен реактор с двумя встречно распространяющими в обрабатываемом растворе когерентные плоско-упругие волны излучателями, которые герметично закрепленными посредством эластичных прокладок и фланцев в узлах колебательных смещений их акустических трансформаторов к противоположным торцам корпуса. Расстояние между излучающими торцами трансформаторов в реакторе кратно числу полуволн их колебаний этих в химически чистой воде. Эффект достигается за счет того, что фазы излучателей всегда должны быть смещены между собой на заданный угол.
Бесплатно
Новый метод обработки изображений, получаемых при ультразвуковой кардиографии
Статья научная
Информация о движении сердечной мышцы полезна для диагностики заболеваний сердца. Для таких исследований часто применяется двумерная ультразвуковая кардиография (эхокардиография). Изображения, получаемые при эхокардиографии, весьма неотчетливы и трудны для расшифровки; результат диагностики во многом зависит от опыта эксперта. Поэтому прилагаются усилия в направлении улучшения метода. Большинство существующих методов двумерной эхокардиографии подвержены влиянию сдвиговых, поворотных и других видов сложного движения сердца. Для увеличения устойчивости к таким движениям предложен новый алгоритм обработки сигнала, работоспособность и эффективность которого, как показано в статье, выше, чем существующих.
Бесплатно
