Теоретическое и экспериментальное исследование распространения волн конечной амплитуды в вязкоупругой среде является составной частью решения более общей фундаментальной проблемы изучения распространения упругих волн в неоднородных средах. В то же время настоящий проект представляется существенным для развития представлений о процессах, сопровождающих применение современных технологий использования вязких сред в условиях интенсивной динамической нагрузки. В этом случае в силу нелинейного характера реакции вязкой среды на внешнее динамическое воздействие меняются свойства среды, которые проявляются в изменении диссипативных, дисперсионных и нелинейных параметров. В настоящее время появились работы, в которых широкий класс неоднородных сред рассматривается с точки зрения масштабного инварианта их структуры. В частности такой подход оказывается полезным для описания структуры нефти и нефтеподобных сред. Фрактальный подход обнаруживает явление локализации упругой энергии при распространении звука во внутренних структурных осцилляциях. В этом случае локальные значения интенсивности волны могут значительно превосходить среднюю интенсивность упругого возмущения в однородной среде с соответствующими параметрами, что должно по разному проявиться в акустических характеристиках вязкоупругих сред в разном диапазоне частот. В связи с этим возникает проблема изучения как линейных, так и нелинейных акустических характеристик вязких сред в широком диапазоне частот. Предполагается изучить процесс распространения сдвиговых волн на поверхности твердого тела, нагруженного вязкоупругой средой, а также коротких импульсов продольных упругих волн конечной амплитуды в объеме среды. С целью повышения чувствительности экспериментальное исследование выполняются на твердотельной длинной линии задержки (длиной порядка 1000 длин волн) и в длинном волноводе (длиной порядка 1000 пространственных размеров импульса). Основное внимание предполагается уделить исследованию акустических характеристик в диапазоне частот (1-100) МГц.

В 1997 г. были проведены теоретические и экспериментальные исследования нелинейных акустических свойств неоднородных вязкоупругих сред. Рассмотрено явление локализации акустической энергии при распространении упругого импульса конечной амплитуды через среду, обладающей хаотической и фрактальной структурой различной плотности. В результате компьютерного моделирования определены переходные частотные характеристики для таких сред, а также зависимости размеров фрактальных кластеров и частот перехода от плотности среды. Результаты опубликованы в трудах VI сессии Российского акустического общества. Выполнено теоретическое исследование нового физического явления - вынужденной акустической прозрачности вязкой среды. Известно, что сдвиговое напряжение в широком классе вязких сред оказывается зависящим от их деформации, в частности оно может уменьшаться с увеличением градиента сдвиговой деформации. Рассмотрена задача о распространении акустической волны конечной амплитуды в плоском волноводе с твердыми границами, заполненном вязкой средой, модуль упругой деформации которой зависит от градиента деформации. Получены амплитудные и частотные зависимости снижения коэффициента затухания звука от толщины волновода. Поведены теоретические исследования распространения сдвиговых приповерхностных волн вдоль границы твердого тела, в частности, пьезоэлектрика, нагруженного диэлектрической вязкоупругой средой. Результаты этих исследований опубликованы в трудах VI сессии Российского акустического общества и использованы при разработке соответствующей экспериментальной методики. Разработаны две экспериментальные методики исследования вязкоупругих свойств жидкостей. Одна из них предполагает исследование распространения приповерхностных сдвиговых волн вдоль границы твердого тела, нагруженного вязкоупругой средой. Исследование выполняется в диапазоне частот 25 - 100 МГц на твердотельной акустической линии задержки длиной 5 см. Амплитуда и фаза прошедшего сигнала оказываются чувствительны к вязкоупругим модулям среды. Другая методика предполагает исследование распространения коротких импульсов продольных упругих волн конечной амплитуды в объеме среды и тонких капиллярах, заполненных вязкоупругой жидкостью. Упругий импульс возбуждался в среде лазерным излучением. Частотный спектр возбуждаемого таким образом акустического сигнала лежал в диапазоне до 50 МГц при амплитуде сигнала до 1 МПа. Выполнены предварительные методические эксперименты по распространению коротких акустических импульсов в капиллярах, заполненных глицерином и водой.

Публикации:

1. Есипов И.Б., Зосимов В.В., Матвеев К.И. "Распространение акустического импульса конечной амплитуды в гранулированной среде". Акустический журн., 1997,т. 43, №5, с. 648-653.
2. Есипов И.Б., Зосимов В.В., Матвеев К.И. "Частотная зависимость локализации волновой энергии на фракталах различной плотности." "Акустика на пороге XXI века", сборник трудов VI сессии Российского акустического общества. Из-во Московского горного государственного университета, Москва, 1997, с. 51-54
3. Акользин А.В. "Применение уравнения теплопроводности к задаче о распространении упругих сдвиговых волн вдоль импедансной границы." "Акустика на пороге XXI века", сборник трудов VI сессии Российского акустического общества. Из-во Московского горного государственного университета, Москва, 1997, с. 39-42.