Зайцев В.Ю., Прончатов-Рубцов Н.В., Гурбатов С.Н. Неклассическая структурно-обусловленная акустическая нелинейность: эксперименты и модели

Учеб. метод. пособие. — Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2007. — 223 с. В работе представлены современные направления исследований, проводимых в области нелинейной акустики структурно-неоднородных сред, для которых нелинейные свойства и соответствующие акустические эффекты демонстрируют очень существенные отличия по сравнению с явлениями, изучаемыми в классической нелинейной акустике газов и однородных конденсированных сред (жидкостей и твердых тел). Для последних, как известно, типичны практическое отсутствие дисперсии и малые значения нелинейных акустических параметров (связанных со слабой ангармоничностью межатомного взаимодействия и геометрической нелинейностью, обусловленной квадратичными конвективными компонентами производных в эйлеровом описании и аналогичными им квадратичными поправками в лагранжевом описании деформации среды). В структурно-неоднородных средах ситуация оказывается существенно иной. Так наличие структурных неоднородностей волноводного типа приводит к появлению специфической волноводной дисперсии, существенно меняющей условия нелинейных взаимодействий. Наличие микроструктурных неоднородностей (контрастных по своим упругим параметрам по сравнению с однородной средой-матрицей) может приводить к радикальным изменениям собственно нелинейных свойств среды. Могут многократно возрастать величины нелинейных акустических параметров и существенно меняться сам качественный характер нелинейности (может появиться ее выраженная частотная зависимость, нелинейно-диссипативные и/или гистерезисные свойства и т.д.). В то же время линейные акустические характеристики среды могут оставаться почти неизменными, так что «структурная чувствительность» нелинейных акустических свойств оказывается многократно выше, чем у линейных упругих параметров. Наряду с возникающими задачами, интересными с общефизической точки зрения, отмеченные нелинейно-акустические проявления структурных неоднородностей имеют важные прикладные аспекты. Например, «структурная зависимость» нелинейных свойств может быть использована для диагностики микроструктуры материалов. При этом новые методы могут не только значительно повысить чувствительность обнаружения дефектов, но и обеспечить получение качественно новой диагностической информации. Эти аспекты также рассматриваются в данной публикации. Учебно-методические материалы сформированы, в основном, на основе оригинальных результатов исследований авторов. Содержание.
«Классическая» решеточная и «неклассическая» нелинейность.
Распределенные реологические модели структурно-обусловленных нелинейно-упругих, диссипативных и дисперсионных свойств упругих сред.
Негистерезисное структурно-обусловленное амплитудно–зависимое поглощение в микронеодно-родных средах.
Упругие и диссипативные свойства сред с изотропно-ориентированными планарными мягкими дефектами.
Взаимодействие акустических волн с трещинами: упругие и неупругие механизмы нелинейности с различными временными масштабами.
Нелинейные акустические эффекты в зернистых средах.
Гистерезисная нелинейность: взаимо-наведенные вариации упругого модуля и декремента при несимплексном взаимодействии упругих колебаний.
Влияние крупномасштабных неоднородностей среды на нелинейное преобразование звука.