Агафонов А.А., Изосимова М.Ю., Жостков Р.А., Кокшайский А.И., Коробов А.И., Одина Н.И. «Влияние геометрии на распространение изгибной волны в разрезных стержнях» с. 469-477

Исследовано распространение изгибных упругих волн в металлических разрезных стрежнях прямоугольного сечения с увеличением глубины прорезей по степенному закону с помощью численного моделирования и экспериментально методом лазерной сканирующей виброметрии. Рассмотрены три типа расположения прорезей: равномерное, учащенное и разреженное к концу стержня. Такие конструкции проявляют свойства акустической черной дыры. В диапазоне частот 10–100 кГц экспериментально обнаружено увеличение амплитуды и уменьшение длины изгибной волны по мере приближения волны к концу стержня для всех исследуемых образцов. Показано, что существует критическая частота, выше которой моды имеют участок с сильно уменьшенным значением амплитуды колебаний.

Канев Н.Г., Миронов М.А. «Звуковые волны в среде с резонансными включениями дипольного типа» с. 478-484

Рассмотрена упругая среда с малыми по сравнению с длиной звуковой волны включениями, отличающимися плотностью. Если включения являются резонаторами, одинаково реагирующими на воздействие волн, приходящих с разных направлений, то эффективная плотность среды в некоторой полосе частот становится отрицательной. Если направление дипольного момента резонаторов зафиксировано, то среда с включениями имеет анизотропную эффективную плотность. Получено уравнение Гельмгольца для такой среды, исследовано поле точечного источника.

Ванягин А.В., Иляхинский А.В., Родюшкин В.М. «Влияние структуры материала и его пластической деформации на нелинейный акустический параметр» с. 485-491

Решается практическая задача контроля образцов из различных металлов с использованием принципов нелинейной акустики. Для контроля использована поверхностная акустическая волна, процесс распространения которой в силу нелинейных эффектов сопровождается генерацией волны удвоенной частоты. Использовано экспериментальное устройство, позволяющее контролировать структурное состояние металла образца путем регистрации изменения нелинейного акустического параметра. Для возбуждения поверхностной волны использовался клиновый преобразователь с резонансной частотой 1 МГц. Прошедшая волна регистрировалась клиновым преобразователем с резонансной частотой 2 МГц. Показано, что нелинейный параметр для исследуемых материалов в исходном состоянии имеет разное значение не только для материалов, относящихся к разным классам, но и для материалов одного структурного класса, но с разным химическим составом (12Х17Г9АН4 и 12Х18Н10Т). Пластическая деформация на 2% не приводит к изменению нелинейного параметра для сплава АМг6 и сталей 12Х17Г9АН4, 20Х13Н4Г9 и 10ХСНД. Изменение нелинейного параметра в результате пластической деформации на 2% для нержавеющих сталей 12Х18Н10Т и 08Х17Н4М3 обусловлено изменением их фазового состава, связанного с мартенситным превращением. Представленные данные по изменению нелинейного параметра от ранних стадий упругопластического деформирования до предразрушения для АМг6 и 10ХСНД демонстрируют возможность его использования в качестве прогностического критерия предельного состояния материала.

Зайцев Б.Д., Бородина И.А., Теплых А.А., Семёнов А.П. «Регулируемая акустическая линия задержки как фазовращатель» с. 492-498

Экспериментально исследована акустическая линия задержки, состоящая из двух пластин ниобата лития Y-X среза толщиной 0.2 мм, расположенных друг на друге. На краю каждой пластины расположен встречно-штыревой преобразователь. На один преобразователь подается ВЧ напряжение (импульсное или непрерывное), которое возбуждает пьезоактивную акустическую волну с поперечно-горизонтальной поляризацией, бегущую в первой пластине. Электрическое поле этой волны, проникая во вторую пластину, возбуждает в ней акустическую волну, которая преобразуется в электрический сигнал с помощью второго встречно-штыревого преобразователя. Меняя расстояние между преобразователями путем сдвига одной пластины относительно другой, можно менять фазу выходного сигнала и время задержки.

Казачек М.В., Гордейчук Т.В. «Особенности сонолюминесценции атомарного натрия в процессе пузырькового коллапса в кавитационном облаке методом время-корреляционного счета одиночных фотонов» с. 499-506

Корреляционным методом измерена длительность вспышек многопузырьковой сонолюминесценции водного раствора NaCl вдоль спектрального диапазона 300–800 нм. Длительность вспышки имела максимальное значение 21 нс в области спектра, непосредственно прилегающей к пику D-линии Na (589 нм), и уменьшалась до 2 нс по мере удаления от пика линии. Полученная зависимость длительности вспышки от длины волны согласуется с динамической моделью формы линии Na, предложенной нами ранее, где спектральные ширина и сдвиг линии определяются быстрым изменением плотности излучающей среды в процессе пузырькового коллапса. Корреляционным методом определена последовательность вспышек металла и континуума и измерена относительная задержка между ними. Результаты показали, что свечение Na более длительное, чем континуума, происходило почти симметрично во времени вокруг вспышки континуума с исчезающе малой задержкой 0.21 нс после континуума. Аналогичным методом для водного раствора CeCl₃ получено, что вспышка линии церия (350 нм) происходила после континуума с задержкой 31 нс, что близко к времени жизни люминесценции Ce 33 нс, и указывает на существенное различие механизмов высвечивания Na и Ce при многопузырьковой сонолюминесценции.

Кедринский В.К., Черевко А.А. «Динамика сферической полости в кавитирующей жидкости с непрерывно изменяющейся концентрацией кавитационных зародышей» с. 507-516

Получено уравнение и впервые решена задача о динамике формирования и излучения квазипустой пульсирующей сферической полости в кавитирующей жидкости с влиянием изменяющейся скорости звука в зоне кавитации и концентрации кавитационных зародышей. Данные по динамике полости, по излучению и скорости схлопывания для спектра значений внутреннего начального давления показали, что при максимальной концентрации газовой фазы пульсации отличаются степенью сжатия. Они имеют практически одинаковый характер – после первого схлопывания совершается только один полупериод с выходом на различные постоянные равновесные радиусы. Условие равенства давления в зоне кавитации и внутри сферической полости на ее границе позволило впервые установить динамическую связь объемной концентрации (скорости звука) в зоне кавитации с радиусом сферической полости. При расчете и построении решения меняется условие, согласно которому начальный размер полости принимает значение, соответствующее величине начального давления. Построены зависимости амплитуды излучения по всему диапазону прилагаемых давлений. Оказалось, что амплитуда излучения увеличивается на 5 порядков при изменении начального давления в полости на 3 порядка с 10^–2 до 10^–5 атм.

Гулин О.Э., Ярощук И.О., Коротченко Р.А. «О средней интенсивности поля и отдельных мод низкочастотного звукового сигнала в мелководном волноводе со статистически неровной донной границей» с. 517-535

Для низкочастотного звукового сигнала, распространяющегося в горизонтально-неоднородном волноводе мелкого моря, на основе статистического моделирования в рамках метода поперечных сечений исследовано влияние флуктуирующей границы раздела между водным слоем и жидкими донными осадками. Моделирование проведено для гидрологических условий, во многих ситуациях, соответствующих мелководным зонам шельфа российских арктических морей. Особенностью этих акваторий является присутствие почти однородного водного слоя, лежащего на слабо консолидированных донных осадках с разнообразными характеристиками, в том числе с высокой степенью газонасыщенности. Изучена зависимость средней интенсивности звукового сигнала и составляющих его отдельных мод от параметров задачи: характерного масштаба флуктуаций границы раздела и импеданса этой границы, определяющего ее пропускающие свойства. Показано, что влияние флуктуаций батиметрии на среднюю интенсивность акустических мод имеет свои особенности по сравнению с влиянием случайных объемных неоднородностей скорости звука в водном слое и осадках, установленным ранее. Так, донные шероховатости относительно небольшого масштаба приводят в среднем к усилению затухания звукового сигнала при распространении в волноводе, причем это может происходить на сравнительно небольших расстояниях от источника. Увеличение отражательной способности неровной донной границы ослабляет эффект повышенного затухания звука так, что для типичных значений скорости звука в дне затухание на дистанциях 10–20 км от источника мало отличается от такового для невозмущенной горизонтальной границы.

Калинина В.И., Вьюгин П.Н., Капустин И.А. «Физическое моделирование метода когерентного зондирования малоконтрастных донных слоев в лабораторном бассейне» с. 536-550

В лабораторных условиях проведена экспериментальная верификация разработанных алгоритмов реконструкции малоконтрастных донных слоев при их когерентном зондировании. В алгоритмах используются параметрические модели формирования сигналов, отраженных от слоистого полупространства в виде набора упругих слоев. Для решения поставленной задачи на кафедре акустики ННГУ им. Н. И. Лобачевского была создана экспериментальная установка для формирования, излучения и приема звуковых импульсов с высокой разрешающей способностью, отраженных от набора упругих слоев, помещенных в бассейн с водой. Проведенное экспериментальное исследование показало возможность применения метода когерентного зондирования для слоистых сред, имеющих относительно близкие по величине акустические параметры. В результате обработки данных, полученных при проведении эксперимента в лабораторном бассейне, было показано хорошее соответствие разработанной расчетной модели отражения зондирующих акустических импульсных сигналов от слоистого дна и данных физического моделирования. Показано, что на основании анализа плоскости геоакустических параметров конкретной задачи с использованием разработанной численной модели могут быть оценены возможности перспективного метода когерентной диагностики малоконтрастных донных слоев. Ключевые слова: лабораторный эксперимент, сейсмоакустическое зондирование, морское дно, малоконтрастные слои

Костеев Д.А., Богатов Н.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А., Мольков А.А., Разумов Д.Д., Салин М.Б. «Применение низкочастотных акустических сигналов для исследования подводных газовых факелов» с. 551-565

Гидроакустическое зондирование на частотах, близких к резонансным частотам колебаний пузырьков, является перспективным методом для обнаружения и изучения сипов, выхода газа (преимущественно метана) из морского дна при высвобождении газогидратов. Это соответствует снижению рабочей частоты, относительно традиционного метода изучения сипов высокочастотных гидролокаторов, поэтому предложенный метод будем относить к низкочастотным. Проведены оценки силы рассеяния с учетом коллективного взаимодействия. Продемонстрирована возможность применения низкочастотных гидроакустических систем для обнаружения сипов на примере результатов морского эксперимента с использованием имитационной пузырьковой струи. Предложен метод обработки данных для обнаружения нестационарных рассеивателей.

Луньков А.А., Шерменева М.А. «Оценка расстояния до сосредоточенной неоднородности на акустической трассе в мелком море при наличии фоновых возмущений» с. 566-581

Рассматривается задача оценки положения сосредоточенной неоднородности на стационарной акустической трассе, организованной между одиночным источником звука и вертикальной приемной антенной в мелководном волноводе в присутствии фоновых возмущений. В качестве модельных неоднородностей выбираются локальное поднятие дна и солитоноподобная внутренняя волна. Расстояние от источника до неоднородности предлагается определять путем кепстрального анализа амплитуды первой волноводной моды, выделяемой на антенне, с предварительной деформацией частотной оси. С помощью численного моделирования изучается устойчивость этого подхода при наличии нескольких сосредоточенных неоднородностей или дополнительных возмущений: наклон дна, фоновые внутренние волны, ветровое волнение, неровности дна. Приводятся оценки отношения сигнал/шум, которое требуется для реализации предлагаемого подхода.

Мельников Н.П. «Изменчивость кавитационного порога морской воды в натурных условиях» с. 582-591

Приводятся и обсуждаются результаты измерений кавитационных порогов и некоторых гидрологических и гидрохимических параметров морской воды в различных районах Мирового океана. Показана устойчивая временная изменчивость величины кавитационных порогов на временных масштабах нескольких суток. Выявлена суточная, полусуточная и другие периодичности изменения величины кавитационных порогов.

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Совместное влияние ветрового волнения и внутренних волн на когерентность низкочастотных акустических сигналов и эффективность их пространственной обработки в мелком море» с. 592-607

Аналитически и численно исследуется совместное влияние случайных внутренних волн и развитого ветрового волнения на когерентность и эффективность пространственной обработки узкополосных акустических сигналов в мелком море. Предложена теоретическая модель для корреляционной матрицы многомодового сигнала на апертуре горизонтальной антенной решетки (АР), использующая различие пространственно-временных масштабов флуктуаций акустического поля, обусловленных ветровыми и внутренними волнами. Приведены результаты численного моделирования для гидрологических условий в летний период. Коэффициент усиления антенны анализируется для трех методов пространственной обработки: метода ФАР, метода оптимальной линейной обработки и метода оптимальной квадратичной обработки. Основное внимание уделяется зависимости коэффициента усиления АР от интенсивности ветрового волнения и расстояния R между источником и антенной. Показано, что несмотря на гидрологию летнего типа, ветровое волнение может оказывать существенное влияние на коэффициент усиления горизонтальной антенны в широком диапазоне расстояний R∼10–100 км.

Пальчиковский В.В. «Модификация метода Дина для определения импеданса при неоднородном звуковом поле в резонаторе» с. 608-621

Предложена модификация метода Дина для определения импеданса в случае неоднородного звукового поля на лицевой и донной поверхности резонатора. Модификация заключается в использовании вместо акустических давлений в формуле Дина коэффициентов собственных функций, которые соответствуют однородному распределению акустического давления на лицевой и донной поверхности резонатора. Собственная задача решается методом конечных элементов, коэффициенты при собственных функциях находятся методом наименьших квадратов. На текущей стадии исследований натурный эксперимент заменен численным моделированием в линейной постановке распространения звука в импедансной трубе с нормальным падением волн с присоединенным к ней сотовым резонатором. Неоднородность поля давления по сечению резонатора создается за счет разного положения отверстий в лицевой пластине резонатора. Исследование проводится для разного числа точек измерений звукового давления на дне резонатора. Расчеты показывают, что предложенный метод является работоспособным и дает хорошее согласование с прямым методом определения импеданса. Однако возможности применения модификации метода Дина в натурных измерениях оказываются ограниченными, т.к. для точного определения импеданса резонатора требуется большое количество точек измерений.

Асфандияров Ш.А., Цысарь С.А., Сапожников О.А. «Многоэлементный излучатель низкочастотного ультразвука для создания фокусированных акустических пучков высокой интенсивности в воздухе» с. 622-635

Исследованы акустические и электрические характеристики 128-элементного ультразвукового излучателя, разработанного для создания фокусированных акустических пучков высокой интенсивности в воздухе в диапазоне низких ультразвуковых частот. Для подавления паразитных дифракционных максимумов использовано спиральное расположение пьезоэлектрических элементов на сферической чаше. Рабочая частота излучения равна 35.5 кГц, диаметр источника и фокусное расстояние составляли около 50 см и намного превышали длину волны (порядка 1 см). Указанный выбор параметров позволил обеспечить эффективную фокусировку с локализацией волновой энергии в фокальной области малого размера и за счет этого достигнуть экстремально высоких уровней интенсивности ультразвука. Параметры ультразвукового поля изучены в рамках комбинированного подхода с использованием методов измерения акустической радиационной силы, действующей на конический отражатель, определения реальных граничных условий по измерению распределения амплитуды и фазы акустического давления микрофоном на плоскости перед источником и численного моделирования нелинейного распространения мощных волн на основе решения уравнения Вестервельта. Достигнутый уровень акустического давления составил 173 дБ при размере фокального пятна, соответствующем масштабу длины волны.

Рутенко А.Н., Ковзель Д.Г., Гриценко В.А. «Автономные вертикальные акустико-гидрофизические измерительные системы «Моллюск-19» и «Моллюск-21»» с. 636-648

Автономные вертикальные акустико-гидрофизические измерительные системы «Моллюск-19» и «Моллюск-21» разработаны для исследования пространственно-временных неоднородностей поля скорости звука и модовых структур низкочастотных звуковых полей и внутренних волн. В статье приведено описание схемотехнических, конструктивных и программных решений, обеспечивших решение основной задачи, поставленной при разработке новых систем – улучшение их эксплуатационных качеств. Возможности применения систем для решения поставленных задач иллюстрируются результатами натурных измерений, проведенных на шельфе залива Посьет Японского моря.

Yadav Saurabh, Gupta Arpan «Lateral Movement of Particles in a Levitating Acoustic Field» pp. 635-640

Acoustic levitation is an interesting technique used for levitating small objects/materials using sound waves. In this study, lateral movement of levitating particles is demonstrated experimentally and numerically. The method can simultaneously move multiple particles and the paper demonstrates levitation for three particles. Initially, an ultrasonic tweezer with a resonance frequency of 40 kHz is used to levitate three particles of average weight of 0.15 mg each. The experimental design is based on numerical simulation. Further, the levitated particles are moved in a lateral direction using two ultrasonic tweezers setup by manipulating the phase of one of the tweezers using Arduino Nano. As evident by simulations, the movement takes place due to the interference of waves leading to the movement of pressure node. The lateral movement of particles can be controlled and even reversed by changing the phase difference.

Zhu R., Hu H., Wang R., Chen H. «Reverse Design of Absorption Performance for Typical Underwater Acoustic Coatings Based on Neural Network» pp. 745-758

This paper presents a method for rapidly reverse designing the absorption performance of acoustic coatings, utilizing the principles of a concatenated deep neural network. It enables the swift acquisition of effective input parameters. By cascading a reverse neural network with pre-trained forward neural networks, a concatenated neural network is obtained. This network maps the absorption spectrum response to structural and material parameters, thereby resolving the nonuniqueness issue in traditional reverse design. The paper describes the detailed process of reverse designing the absorption performance of acoustic coatings and validates the correctness of the reverse design using finite element methods. A comparative analysis investigates the impact of different loss functions on result accuracy. The findings demonstrate that the proposed modified loss function algorithm significantly enhances precision compared to traditional direct reverse design. This advancement allows for the customization of acoustic coatings with specific acoustic properties, providing technical groundwork for vibration and noise reduction in underwater vehicles.