Восстановление параметров в граничных условиях для неоднородного цилиндрического волновода

Автор: Ватульян Александр Ованесович, Васильев Леонид Викторович, Юров Виктор Олегович

Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru

Статья в выпуске: 2 т.20, 2018 года.

Бесплатный доступ

Определение различных характеристик твердых тел по данным акустического зондирования в последние годы все чаще привлекает внимание исследователей. В настоящей работе исследуется новая обратная задача об определении двух параметров (коэффициентов постели), входящих в граничные условия для краевой задачи. Краевая задача описывает распространение волн в полом неоднородном цилиндрическом волноводе, расположенном в среде. Ранее проведено решение этой задачи, исследована структура дисперсионного множества и получен ряд формул, устанавливающих взаимосвязь спектральных параметров и коэффициентов постели. Решены вспомогательные задачи Коши, которые автоматически удовлетворяют граничным условиям на внутренней границе цилиндра. Решение граничной задачи отыскивается в виде линейной комбинации вспомогательных задач, удовлетворяются граничные условия на внешней границе. Для существования нетривиального решения требуется равенство нулю определителя возникающей системы алгебраических уравнений. Реконструкция коэффициентов постели осуществляется по информации о~двух точках дисперсионного множества, причем способ решения обратной задачи не использует явного представления дисперсионного множества. Решение обратной задачи не всегда удовлетворяет априорной информации о~неотрицательности коэффициентов постели. С целью получения однозначной реконструкции параметров сформулирована теорема единственности. Теорема позволяет на начальном этапе отсеивать такие пары точек дисперсионного множества, для которых нет решения или оно не единственно. Вычислительные эксперименты показали распространенность ситуации, когда через две заданные точки дисперсионного множества могут быть проведены дисперсионные кривые неединственным образом. В рамках работы с малой погрешностью входной информации эффективный способ отбора пары параметров - рассмотрение третьей точки дисперсионного множества. Отмечено, что представленный способ реконструкции позволяет восстанавливать искомые параметры с достаточно высокой точностью.

Еще

Цилиндрический волновод, упругое закрепление, дисперсионное множество, реконструкция

Короткий адрес: https://sciup.org/143162454

IDR: 143162454   |   УДК: 539.3;   |   DOI: 10.23671/VNC.2018.2.14717

Restoration of parameters in the boundary conditions for an inhomogeneous cylindrical waveguide

Identification of different characteristics of solid bodies according to the acoustic sounding data has been increasingly attracting the attention of researchers in recent years. In the present paper, we investigate a new inverse problem on determining two parameters (bedding values) entering into the boundary conditions for the boundary-value problem. The boundary problem describes the waves propagation in a hollow inhomogeneous cylindrical waveguide located in a medium. We have performed the solution of this problem previously, we have studied the structure of the dispersion set and obtained the several formulae. These formulae correlate with spectral parameters and bedding values. We have treated the auxiliary Cauchy problems which automatically satisfy boundary conditions on the cylinder's internal boundary. Solution of boundary problem is found in the form of a linear combination of auxiliary problems. Boundary conditions at the outer boundary are satisfied. For the existence of a nontrivial solution, it is required that the determinant of the emergent system of algebraic equations is zero. Reconstruction of bedding values have been carried out from information on two points of the dispersion set; at that, the approach to solving the inverse problem did not require the explicit representation of the dispersion set. The solution of the inverse problem does not always satisfy a priori information on the non-negativity of the bedding values. In order to obtain a unique reconstruction of the parameters, a unicity theorem is formulated. At the initial stage, the theorem allows to filter out pairs of points of the dispersion set for which there is no solution or it is not unique. Computational experiments show the prevalence of the situation when the dispersion curves can be carried out uniquely through two given points of the dispersion set. Within the framework of the work, an effective method of selecting a pair of parameters with a small error in the input data is to consider the third point of the dispersion set. It is revealed that the reconstruction method presented allows to restore the required parameters with a high enough accuracy.

Еще

Список литературы Восстановление параметров в граничных условиях для неоднородного цилиндрического волновода

  • Юрко В. А. Введение в теорию обратных спектральных задач. М.: Физматлит, 2006. 384 с.
  • Gladwell G. M. L., Movahhedy M. Reconstruction of mass-spring system from spectral data I: Theory//Inverse problems in engineering. 1995. Vol. 1, № 2. P. 179-189.
  • Ахтямов А. М. Теория идентификации краевых условий и ее приложения. М.: Физматлит, 2009. 272 с.
  • Ахтямов А. М., Муфтахов А. В., Ахтямова А. А. Об определении закрепления и нагруженности одного из концов стержня по собственным частотам его колебаний//Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2013. Вып. 3. С. 114-129.
  • Аитбаева А. А., Ахтямов А. М. Идентификация закрепленности и нагруженности одного из концов балки Эйлера -Бернулли по собственным частотам ее колебаний//Сиб. журн. индустр. математики. 2017. Т. 20, № 1. С. 3-10.
  • Ватульян А. О., Васильев Л. В. Об определении параметров упругого закрепления неоднородной балки//Экологический вестн. науч. центров ЧЭС. 2015. Вып. 3. С. 14-19.
  • Morassi A., Dilena M. On point mass identification in rods and beams from minimal frequency measurements//Inverse Probl. Engrg. 2002. Vol. 10, № 3. P. 183-201.
  • Гринченко В. Т., Мелешко В. В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. Киев: Наукова думка, 1981. 284 с.
  • Шардаков И. Н., Шестаков А. П., Цветков Р. В. Математическое моделирование волновых процессов в магистральных трубопроводах//XVII Зимняя школа по механике сплошных сред (Пермь, 18-22 февраля 2013 г.). Тез. докл. ИМСС УрО РАН, 2013. С. 252.
  • Ватульян А. О., Юров В. О. О дисперсионных соотношениях для неоднородного волновода при наличии затухания//Изв. РАН. Механика твердого тела. 2016, № 5. С. 85-93.
  • Абзалимов Р. Р., Ахтямов А. М. Диагностика и виброзащита трубопроводных систем и хранилищ. Уфимский гос. нефтяной технический ун-т, 2006. 118 с.
  • Ватульян А. О., Юров В. О. О свойствах дисперсионного множества для неоднородного цилиндрического волновода//Владикавк. мат. журн. 2018. Т. 20, вып. 1. С. 50-60.
  • Айбиндер А. Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие. М.: Недра, 1991. 287 с.
  • Калиткин Н. Н. Численные методы. Изд. 2. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 586 с.
Еще