Лапин А.Д. «Точечный источник сдвиговых SV-волн с вертикальной поляризацией в твердом слое» с. 393-397

Найдено поле SV-источника поперечных волн в твердом однородном слое со свободными границами. На этих границах, помимо поперечных волн, возникают и продольные волны. Полное поле в слое характеризуется скалярным и векторным потенциалами. Вследствие осевой симметрии этого поля векторный потенциал имеет только угловую компоненту. Интегральное представление потенциалов получено методом Фурье–Бесселя. На основе теории вычетов поле в слое представлено в виде суперпозиции цилиндрических мод Лэмба. Рассчитаны амплитуды этих мод.

Назаров С.А. «Собственные колебания упругой полуполосы при различном расположении участков фиксации ее краев» с. 398-409

Исследуются частоты собственных колебаний и захваченные волны в изотропной и однородной упругой полуполосе. При разных конфигурациях зон жесткого защемления и свободного края получена информация об отсутствии или наличии собственных частот ниже, а в некоторых случаях и выше точки отсечки непрерывного спектра. Выведены оценки кратности дискретного спектра и построены разнообразные асимптотические представления захваченных волн и их частот.

Володарский А.Б., Кокшайский А.И., Одина Н.И., Коробов А.И., Михалев Е.С., Ширгина Н.В. «Экспериментальные исследования влияния 3D-печати при 100% заполнении на упругие свойства нитевидных образцов полимера PLA» с. 410-416

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния 3D-печати при 100% заполнении на упругие свойства нитевидных образцов полимера PLA. Статическим методом и методом Терстона–Браггера одновременно измерены зависимость деформации и относительного изменения скорости упругих волн от приложенного механического напряжения (вплоть до разрыва) для исходного и 3D-напечатанного образцов полимера PLA. По результатам измерений рассчитаны линейный и нелинейный модули Юнга и акустический нелинейный параметр второго порядка. Установлено, что 3D-печать приводит к ухудшению прочностных и пластических характеристик полимера PLА. Обнаружено различное поведение нелинейных параметров исходного и 3D-напечатанного образцов полимера PLA в области нагрузки и разгрузки, которое связывается с изменением внутренней структуры образца, вызванным 3D-печатью.

Пестова П.А., Карзова М.М., Юлдашев П.В., Хохлова В.А. «Использование фокусированных ударно-волновых пучков для подавления эффектов диффузии при объемной тепловой абляции биоткани» с. 417-429

Представлены результаты численного моделирования, имитирующего эксперимент по облучению ткани говяжьей печени ex vivo мощным фокусированным ультразвуком с помощью терапевтической решетки клинической системы MR-HIFU (Sonalleve V1 3.0T, Profound Medical Corp., Canada). Рассмотрены и сравниваются непрерывный квазилинейный и импульсно-периодические ударно-волновые режимы облучения с одинаковой средней по времени мощностью. Объемные тепловые разрушения создавались путем перемещения фокуса излучателя в его фокальной плоскости по дискретным траекториям, состоящим из двух либо четырех концентрических окружностей с максимальным радиусом 4 мм. Проанализировано влияние критерия контроля тепловой дозы в процессе облучения и критерия остановки воздействия ультразвуком на форму, объем и время создания теплового разрушения. Акустическое поле в ткани рассчитывалось с помощью уравнения Вестервельта, температурное поле моделировалось с помощью неоднородного уравнения теплопроводности, граница разрушения определялась в соответствии с порогом тепловой дозы. В квазилинейном режиме, соответствующем клиническому, тепловая диффузия приводит к удлинению формы разрушения в 2–3 раза вдоль оси ультразвукового пучка по сравнению с поперечным размером траектории. Использование импульсно-периодических ударно-волновых режимов облучения с отключением внутренних окружностей траектории по мере достижения на них порогового значения тепловой дозы позволяет существенно подавить эффекты тепловой диффузии в аксиальном направлении пучка и получить локализованные тепловые разрушения заданной формы с сопоставимой клиническому случаю скоростью тепловой абляции.

Абдрашитов А.А., Марфин Е.А. «Возбуждение акустических мод гармониками тона отверстия в струйном осцилляторе Гельмгольца» с. 430-437

Проведено экспериментальное исследование возбуждения периодических колебаний давления в модели струйного осциллятора Гельмгольца с цилиндрической камерой при натекании круглой струи воздуха на острую кромку выходного отверстия. Исследовалась эволюция амплитудно-частотного спектра тона отверстия от его возникновения при скорости струи около 2 м/с до возбуждения первой моды акустического резонанса на частоте Гельмгольца. Тон отверстия представлял собой семейство гармоник, последовательно усложняющееся по мере увеличения длины и скорости струи. Изучено последовательное возникновение семейства акустических мод на гармониках струйного тона при дальнейшем увеличении скорости струи. Моды на частоте Гельмгольца возникали поочередно на гармониках тона отверстия в полосе усиления резонатора, начиная с наивысшей гармоники. Первая мода возникала на наивысшей гармонике, вторая мода возникала на предыдущей гармонике и т.д. Завершающая мода возникала на основной гармонике тона отверстия и имела максимальную амплитуду. При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса периодические колебания давления переходили в неупорядоченные турбулентные пульсации. При достаточном размере камеры и скорости струи на наивысшей гармонике тона отверстия возникал азимутальный и полуволновой резонансы. Наибольшее число Рейнольдса, при котором наблюдался резонанс на частоте Гельмгольца, составляло 10⁵.

Зайцев Б.Д., Бородина И.А., Теплых А.А., Семёнов А.П. «Определение скорости и затухания акустической волны в жидкостях с различным акустическим импедансом с помощью акустического интерферометра» с. 438-445

Теоретически и экспериментально исследованы особенности применения акустического интерферометра для определения скорости и затухания акустической волны в жидкостях с различным акустическим импедансом. Впервые показано, что указанный импеданс определяет отношение резонансных величин максимума и минимума коэффициента прохождения S₁₂ для одной и той же пары излучатель–приемник на зависимости коэффициента прохождения от расстояния между преобразователями. Разработана методика определения затухания жидкости, свободная от влияния “кажущегося” затухания, связанного с уходом части акустической мощности в преобразователи.

Пирозерский А.Л., Чарная Е.В., Абдуламонов Х.А., Недбай А.И., Кумзеров Ю.А., Фокин А.В., Хомутова А.С. «Акустические исследования плавления и кристаллизации эвтектических сплавов галлий-серебро в пористых стеклах» с. 446-452

Представлены результаты акустических исследований процессов плавления и кристаллизации сплавов Ag–Ga с содержанием серебра 1.5 и 3 ат. %, внедренных в пористые стекла со средним размером пор 13 нм. Измерены температурные зависимости скорости продольных ультразвуковых волн модифицированным импульсно-фазовым методом на частоте 7 МГц в диапазоне 200–325 К при полных и частичных циклах охлаждение нагрев. На температурных зависимостях скорости ультразвука наблюдались области, соответствующие фазовым переходам. Выявлены существенные изменения фазовой диаграммы объемного сплава вследствие наноструктурирования. Показано, что при разных составах сплава в порах формируются сегрегаты с различной кристаллической структурой.

Григорьев В.А., Луньков А.А. «Взаимодействие мод на киле тороса в широкой полосе частот» с. 453-464

В рамках численного моделирования исследуется возможность дистанционного акустического мониторинга килей торосов в мелководных волноводах, покрытых льдом. Рассматривается среднестатистический для арктического региона торос с осадкой киля 8 м, помещенный в волновод глубиной 40 м. Предполагается, что гряда тороса перпендикулярна акустической трассе, длина которой 10 км. Используется точечный широкополосный источник и вертикальная приемная антенна, необходимая для выделения модальных амплитуд. Показано, что взаимодействие мод на киле достаточно ярко проявляется в модуляции амплитуд мод в широкой полосе частот. Предложена методика анализа этой модуляции с помощью построения кепстрограмм (спектрограмм от спектра). На кепстрограммах выявляются дисперсионные кривые, соответствующие парам взаимодействующих мод. Затем по расположению дисперсионных кривых на кепстрограмме можно оценить местоположение киля на трассе.

Драченко В.Н., Кузнецов Г.Н., Михнюк А.Н. «Обнаружение эхо-сигналов с учетом многолучевости волновода и многобликовости отражателя» с. 465-477

В шельфовой зоне выполнено экспериментальное исследование возможности повышения вероятности обнаружения эхо-сигналов на фоне помех в результате учета многолучевой модели волновода и конструктивных особенностей отражателя. Экспериментально обоснована возможность увеличения дальности сопровождения и уменьшения вероятности ложных тревог при использовании алгоритма, использующего продолжительность временного интервала, в течение которого наблюдается последовательность отраженных от одного отражателя сигналов в связи с многолучевостью распространения сигналов и многобликовостью отраженного сигнала, если структура цели сложная и включает несколько разнесенных в пространстве отражателей. Даны рекомендации по выбору интервалов – длин реализации, в пределах которых возможно суммирование энергии отраженных сигналов. Показано, что в результате накопления мощности сигнала с использованием алгоритма, частично учитывающего модель эхо-сигнала, увеличивается время сопровождения цели и уменьшаются ложные тревоги.

Герасимов Р.А. «Моделирование и расчет влияния подрезки тональных отверстий деревянных духовых инструментов на смещение собственных частот воздушного канала» с. 478-489

Рассмотрено влияние наличия и величины радиуса кривизны в местах соединения тональных отверстий деревянных духовых инструментов с основным воздушным каналом (подрезка) на смещение его собственных частот. Приведена методика и формулы для численного расчета, позволяющие определять величину эффективного радиуса для открытого и закрытого тональных отверстий с переменным поперечным сечением. На основе полученных зависимостей с помощью метода передаточных матриц осуществлен расчет собственных частот воздушного канала с одним отверстием и проведено сравнение с результатами компьютерного моделирования в программе COMSOL Multiphysics 5.6. Показано, что увеличение степени подрезки звукового отверстия приводит к росту его эффективного радиуса, что повышает резонансные частоты в случае открытого отверстия и понижает в случае закрытого. Усреднение акустической массы (для открытого) и объема (для закрытого) по продольным сечениям отверстия, не обладающего вращательной круговой симметрией в области соединения с основным каналом, дает лучшие результаты при нахождении резонансных частот в сравнении с моделированием.

Ерофеев В.И., Иляхинский А.В., Родюшкин В.М., Рябов Д.А., Хлыбов А.А. «Информационно-статистический подход к анализу сигналов акустической эмиссии» с. 490-496

Предложен новый информационно-статистический подход, позволяющий рассматривать акустическую эмиссию (АЭ) с позиции синергетики на основе представления процессов, определяющих состояние исследуемого объекта, статистической моделью (образом) в виде функции плотности вероятностей. Показано, что многомерное распределение Дирихле обладает совокупностью свойств, дающих возможность использовать его для определения интегральной меры оценки по наблюдаемым сигналам АЭ процесса пластической деформации. В качестве количественной меры при анализе процесса пластической деформации по сигналам АЭ предлагается использовать параметр самоорганизации. На примере штатных механических испытаний конструкционной углеродистой стали 20 с перлитно-ферритной структурой показано, что информационно-статистический параметр самоорганизации является наиболее информативным при описании процессов, связанных с АЭ.

Сорокин В.Н. «Детектирование удаленной речи» с. 497-505

Исследуются амплитудные и фазовые характеристики речевых сигналов, записанных на разном расстоянии от диктора микрофонами различных типов, в свободном пространстве и замкнутом помещении. Отношения средней энергии амплитудного спектра в различных диапазонах частот и средний наклон линейной компоненты фазы демонстрируют различия для слога, записанного вблизи микрофона, и такого же слога, записанного на удалении, и вновь воспроизведенного вблизи от микрофона. Наибольшее различие наблюдается в отношениях средней энергии в диапазонах частот 0–1 и 1–8 кГц, а также 3–4 и 4–6 кГц. Наклон линейной компоненты вычисляется в диапазоне 4–8 кГц. Степень различия зависит от гласного звука.

«В. А. Хохловой присуждена серебряная медаль Рэлея–Гельмгольца» с. 506

DOI: 10.31857/S0320791923350010

Bakhvalov P.A. «Efficient Evaluation of the Solution for the Planar Wave Diffraction in a 2D Sector» pp. 415-419

We consider the diffraction of a planar acoustic wave in a 2D sector with the central angle 2π/n, n∈N. If n is even, then the solution of this problem is straightforward by the reflection method. For odd n, we present an efficient algorithm to evaluate the time-domain solution of this problem. We use this solution with n=1 and n=3 to study the accuracy of the discontinuous Galerkin method applied to the acoustical system in a domain with corners.

Tiryakioglu B., Ozturk H. «Mode-Matching Analysis for Sound Propagation in a Cylindrical Duct with a Partial Lining» pp. 436-441

A mode-matching analysis of infinite cylindrical duct with a partial absorbing internal surface is considered. The solution for the field terms are determined in form of eigenmodes which are matched across the boundary of each junction discontinuity. Numerical results are performed to show the influence of the different parameters such as waveguide radius, length of the lined part and acoustic absorbing lining on the propagation phenomenon. The method is also compared with the Wiener–Hopf technique which is more difficult to implement and very good corroboration is observed.

Ponomarchuk E.M., Yuldashev P.V., Nikolaev D.A., Tsysar S.A., Mironova A.A., Khokhlova V.A. «Nonlinear Ultrasound Fields Generated by an Annular Array with Electronic and Geometric Adjustment of its Focusing Angle» pp. 459-470

Linear and nonlinear fields produced by a twelve-ring annular array with varied axial electronic focus steering distances and varied number of activated elements were simulated using wide-angle parabolic representation of the Westervelt equation. The effects of electronic adjustment of the focusing angle and/or switching off the array elements were investigated with regard to the shock-forming conditions at the focus and in the grating lobes in water. Prefocal steering was shown to result in shock formation in the postfocal grating lobe, which can occur at lower array power than that required for shock formation at the main focus. Postfocal steering resulted in shock formation at the main focus and no shock in the prefocal grating lobe at any power considered. To decrease focusing angle, switching off the outer rings was more favorable than postfocal steering with all rings enabled: a fully developed shock of the same amplitude formed at the same source pressure amplitude but with lower pressure level in the prefocal grating lobe. To increase focusing angle, prefocal steering with the outer rings switched off was less favorable than using all array elements with no steering: higher source pressure amplitude was required for a fully developed shock formation at the focus, with additional shock fronts forming in the postfocal grating lobe.

Avetisyan A.S., Mkrtchyan M.H., Avetisyan L.V. «Variety of Surface Actions in Problems of Surface Control of the Three-Component Electroacoustic Waves in a Piezoelectric Waveguide. Non-Acoustic Surface Actions» pp. 478-486

The formulation of the problem of surface control of an electroactive unidirectional multicomponent elastic wave propagation in an infinite piezoelectric waveguide over a finite time interval is discussed. Based on the conditions for conjugation of electromechanical fields on the surface of piezoelectric media, as well as on the nature of possible surface electromechanical effects, a variety of surface dynamic effects is considered through the components of the elastic displacement vector, the mechanical stress tensor, the tangential component of the electric field strength and the normal component of the electric field displacement. The possibility of setting the control problem in the case of three-component electroacoustic waves depending on the anisotropy of the piezoelectric material of the waveguide is studied. The anisotropy of a piezoelectric medium leads to the formulation of an initial-boundary mathematical problem for controlling the motion of a multicomponent system. The variety of surface actions leads to the formulation of heterogeneous initial-boundary mathematical problems with surface actions of the first kind, with surface actions of the second kind, as well as for the case of mixed surface actions. An invariant record of heterogeneous initial-boundary mathematical problems is proposed in the form of a system of inhomogeneous quasi-static electro-elasticity equations, with homogeneous boundary conditions and inhomogeneous conditions of the initial and final states.

Guessoum A. «Acousto-Optic Scanning of a Laser Beam Along a Reconfigurable Circular Trajectory» pp. 487-491

The interaction of a laser beam with two frequency modulated ultrasonic waves propagating in two perpendicular directions permitted the development of two outstanding fields; beam shaping and beam steering. In this paper, the laser beam is steered according to circular trajectories rather than linear ones. The centers positions, radii and rotation directions of these circular trajectories are controlled by a highly flexible method. The attractive point is that the laser beam travels according to a uniform circular motion with constant angular velocity, equal to the modulating signal pulsation. This technique is very flexible and can be useful for laser beam steering according to a circular trajectory.

Khan M.A. «Investigation of Ultra-Wide Acoustic Bandgap of Nano Phononic Crystals in GHZ Frequency Ranges with Delay Line Configuration» pp. 492-502

The existence of an ultra-wide acoustic bandgap of novel nanophononic crystal in gigahertz (GHz) frequency ranges for a one-dimensional (1D) in the “out-of-plane” modes, and a two-dimensional (2D) in the “out-of-plane” modes is investigates. The maximum bandgap ratio up-to 141% for ultra-high frequency range of phononic crystal is also investigated. The results demonstrate that the transmission spectrum amplitude and bandgap of phononic crystal strongly agree in the same frequency region. It has been investigated that when the resonator is employed with phononic crystal the Q_anchor increase from 6340 to 7.65·10¹⁰. So the quality Q of resonator is boost very high, and the insertion loss is reduced to 91.98% by employing the proposed nanophononic crystal to resonator. Furthermore, this work verifies the propagation of acoustic waves is completely banned through proposed nanophononic crystal, and the transmission response of this phononic crystal is also verified by delay line configurations.

Wang W., Teng H.B., Wang F., Zhou Y.C., Zhang Y., Yuan J. «2.5 GHz Low-Loss and Wideband Surface Acoustic Wave Filter Based on AL/128°YX-LiNbO₃» pp. 517-524

A 128°YX-LiNbO₃-based low-insertion-loss and high-frequency surface acoustic wave (SAW) filter was proposed using COMSOL Multiphysics. The spurious response was suppressed by changing the electrode thickness, reflector period, and reflector structure, after optimization. First, the thickness of the electrode was increased to concentrate the SAW energy on the surface of the piezoelectric material to reduce the propagation loss. Next, an interdigital transducer (IDT) reflector was designed to reduce the insertion loss caused by the spurious response and combined with the optimization of the reflector period. Finally, using this reflector structure when the thickness of the electrode was 0.4 μm, a SAW filter with a center frequency of 2520.5 MHz was designed. The results of the finite element method (FEM) revealed that the insertion loss at the center frequency was –0.1356 dB, the out-band suppression was greater than 30 dB, and the –3 dB bandwidth was greater than 97 MHz.

Liu Yu, He XiPing, He ShengPing «Ultrasonic Identification of Polycrystalline Metal Materials based on Linear Prediction Analysis» pp. 574-581

The approach to identifying polycrystalline metal materials based on linear prediction analysis is introduce. The complex microstructure of polycrystalline metals results in different reflection, scattering and attenuation to ultrasonic waves. Based on the interaction between ultrasonic waves and microstructure of polycrystalline metals, this paper proposes a method to determine important items from tampering by using linear prediction coefficient (LPC). The linear prediction coefficient of the target item is extracted by the ultrasonic probe as its ultrasonic fingerprint signature. It is found that LPC ultrasonic fingerprint performs well as an authenticating technology to verify whether a specific item is genuine. This study provides a basis for the identification of polycrystalline metal materials with the same material and appearance.

Mesbah H., Lotfi H., Banouni H., Tafkirte M., Faiz B., Ettahiri M. «An Ultrasonic Device for Investigating the Impacts of Water Content on Cement Durability by Measuring Dispersion Curves» pp. 582-587

Ultrasonic structural health monitoring of cement paste is of great interest both scientifically and practically, because cement is a complex acoustic medium, whose structure affects the propagation of ultrasound, which offers a great wealth for structural monitoring in a non-viscous fluid. In this paper, the effect of water content on the ultrasonic signal of cement was studied. The immersion transmission technique is used to study the relationship between water content and durability of cement. Therefore, this experimental technique investigates the dispersion curves of cement paste prepared with different percentages of water, based on the ultrasonic signal transmitted through the cement paste recorded at different angular orientations, which allows the durability of the cement paste to be controlled by finding the critical angle in order to calculate the ultrasonic velocity. Overall, the result of this analysis shows that the water content has a significant effect on the ultrasonic velocity and durability of the cement paste.

Wang Zijian, Gao Zihang, Shi Binkai, Chen Binghong «Imaging of Multiple Cracks in Thin Plates using Circular Sensor Array Based on Lamb Waves» pp. 588-598

Crack imaging is attractive in the community of nondestructive testing and structural health monitoring of plate-like structures. However, most existing research focuses on the imaging of single crack, while limited work has been reported for the imaging of multiple cracks. To this end, the application of the Lamb wave-based technique is presented in this paper to image the multiple cracks. The antisymmetric mode (A0) of Lamb wave propagation in the thin plate is simulated using the numerical finite element method, and a circular piezoelectric sensor array is considered to capture the Lamb wave signals. The damage index taking into account the attenuation of the reflected signal amplitude is proposed using the reflection signals from the cracks, and the Hilbert transform is used to extract the information of damage. The damage scanning map is constructed to show the damage location in the plate. The proposed damage identification algorithm based on Lamb wave propagation is also used to detect two cracks in the thin plates. The consideration of wave attenuation improves the identification of multiple cracks. The proposed damage identification algorithm using a phased piezoelectric sensor array shows its potential to locate the cracks in thin plates.