Карпов И.А., Бобровницкий Ю.И. «Экспериментальный метод определения потерь энергии в колебательных системах, основанный на ARMA-моделировании» с. 155-175

Демпфирование (диссипация, потери энергии) – важнейший параметр всех механических колебательных систем наряду с упругостью и инерцией. Его особая роль обусловлена тем, что оно напрямую определяет максимальные амплитуды свободных и вынужденных колебаний систем и, соответственно, их динамическую прочность и надежность, шумность и экологию. Ввиду малой изученности физических процессов демпфирования его измеряют экспериментально. В данной статье излагается один из новых эффективных методов экспериментального определения потерь, отличающийся простотой, высокой точностью и широким диапазоном применимости. Основное внимание уделено обоснованию метода, его свойствам и доказательству его работоспособности в численных и лабораторных экспериментах. Метод рекомендуется для измерения потерь составных сильно демпфированных колебательных систем, где известные методы не работают или излишне сложны. Ключевые слова: механические колебательные системы, демпфирование, коэффициент потерь, экспериментальные методы измерения DOI: 10.31857/S0320791925020018,

Миронов М.А. «Вибрационная черная дыра для крутильных волн, распространяющихся по стержню переменного сечения» с. 176-183

Рассмотрено распространение крутильных волн в стержнях переменного сечения. При линейном увеличении сплющивания стержня скорость распространения крутильной волны также уменьшается линейно и на конечной длине стержня обращается в ноль. При этом время распространения до заостренного конца равно бесконечности. Такая замедляющая конструкция в современной терминологии называется вибрационной черной дырой. Получены точные решения уравнения крутильных колебаний заостренного стержня с моментом инерции и моментом кручения в виде степенных функций и соответствующие выражения для входного импеданса со стороны начального сечения. Ключевые слова: Крутильная волна, стержень переменного сечения, время распространения DOI: 10.31857/S0320791925020027,

Назаров С.А. «Зоны торможения волн в двоякопериодическом упругом волноводе из тел, соединенных тонкими стержнями» с. 184-194

Исследуется периодический изотропный и однородный упругий волновод, который образован идентичными массивными телами, соединенными тонкими горизонтальными стержнями и прикрепленными вертикальными стержнями к жесткому полупространству. Посредством процедуры понижения размерности на стержнях и анализа взаимодействия жестких смещений и сингулярных полей в теле построена асимптотика собственных чисел модельной задачи на ячейке периодичности, зависящих от параметров Флоке. В результате найдены асимптотические формулы для длин и положения спектральных сегментов (зон прохождения волн) и обнаружены раскрытые лакуны (зоны торможения волн). Ключевые слова: двоякопериодический упругий волновод, тонкие стержни, асимптотический анализ, лакуны в спектре DOI: 10.31857/S0320791925020037

Усачева И.А., Вьюшкина И.А., Коротин П.И., Салин М.Б. «Исследование отражения и прохождения звука через упругий слой с включениями методом конечных элементов» с. 195-205

Описан подход к моделированию поглощающих свойств акустических материалов с внутренней структурой, основанный на методе конечных элементов. Акцент сделан на резиноподобных материалах с включениями полостей, обеспечивающих интенсивное рассеивание в материале. Приводится апробация методики и исследование точности метода путем сравнения с ранее опубликованными результатами. Проводится анализ изменения акустических свойств неоднородного материала в условиях внешней статической нагрузки в линейной постановке. Ключевые слова: численное моделирование, метод конечных элементов, звукопоглощающие материалы, неоднородный слой резины, гидростатическое давление DOI: 10.31857/S0320791925020044

Пестова П.А., Рыбянец А.Н., Сапожников О.А., Карзова М.М., Юлдашев П.В., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Швецов И.А., Хохлова В.А. «Численное решение задачи ультразвукового объемного нагрева биоткани с поверхностным охлаждением» с. 206-217

Одним из нежелательных эффектов при использовании ультразвука для экстракорпоральной терапии является перегрев кожи, вызванный как поглощением в ней ультразвука, так и контактом с нагретой поверхностью акустического излучателя. Для подавления этого эффекта может быть использовано размещение между кожей и излучающей поверхностью принудительно охлаждаемой контактной среды. Недавно в ЮФУ был предложен и разработан новый ультразвуковой аппликатор, реализующий этот подход. В нем для объемного нагревания подкожных участков биоткани используется пьезокерамический преобразователь прямоугольной формы, наклеенный на алюминиевую пластину, которая охлаждается посредством циркуляции холодной воды через просверленные в ней боковые каналы. В настоящей работе разработан численный алгоритм для расчета трехмерного температурного поля в ткани в процессе работы указанного аппликатора. Моделирование проводилось на основе неоднородного уравнения теплопроводности. Для расчета тепловых источников в ткани использовались экспериментальные данные акустической голографии, полученные для разработанного излучателя. Рассмотрен пример нагревания ткани говяжьей печени ex vivo при времени облучения от нескольких секунд до нескольких минут. Результаты моделирования сравнивались с данными эксперимента по тепловой абляции ткани при акустической мощности излучателя 12 Вт и частоте ультразвука 6.96 МГц. Показано, что комбинация теплового воздействия на ткань и охлаждения контактной границы позволяет осуществлять объемный нагрев ткани с максимумом температуры на глубине от 8 до 15 мм при незначительном изменении температуры на глубинах до 2–3 мм. Ключевые слова: терапевтический ультразвук, косметология, численное моделирование, уравнение теплопроводности DOI: 10.31857/S0320791925020055,

Аксёнов С.П., Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. «Линии равных фаз и фазовый инвариант в звуковом поле глубокого моря» с. 218-231

Выполнено исследование пространственно-частотных характеристик амплитуд и фаз звукового давления в глубоком море. Получены аналитические соотношения, позволяющие рассчитать и сравнить амплитудно-фазовые структуры водных, вытекающих и захваченных мод, а также поля звукового давления, образованного суммой мод. Расчеты выполнены с использованием модифицированного ВКБ (Вентцеля–Крамерса–Бриллюэна) приближения. Показано, что в глубоком море, как и в мелком, существуют устойчивые линии равных фаз, вдоль которых при определенных условиях возможно когерентное суммирование комплексных фурье-компонент. Для описания линий равных фаз получено дифференциальное уравнение, использующее в качестве базового параметра фазовый инвариант, уже исследованный в мелком море. Это позволило и для глубокого моря изучить свойства фазового инварианта, соответствующего водным, вытекающим и захваченным модам во всех зонах звукового поля. Установлено, что на разных расстояниях в построенном по сумме всех мод поле проявляются инвариантные свойства, прежде всего тех мод, которые на данных расстояниях доминируют. Показано, что сформированные в ближней зоне освещенности и в зоне тени вытекающие моды, образованные отраженными от дна крутыми лучами, обладают инвариантными свойствами только на больших расстояниях от источника. Водные и захваченные моды обладают инвариантными свойствами в полной мере и на всех расстояниях. Даются рекомендации по использованию линий равных фаз и фазового инварианта при обработке экспериментальных данных и моделировании. Ключевые слова: глубокое море, распределения амплитуд и фаз водных, вытекающих и захваченных мод, а также суммарного звукового давления на разных расстояниях и частотах, линии равных фаз, фазовый инвариант, накопление мощности сигналов DOI: 10.31857/S0320791925020061

Петухов Ю.В., Бородина Е.Л. «Теоретический анализ влияния слаборасходящихся пучков на формирование пространственно-временной структуры импульсных сигналов в Японском море» с. 232-240

Численным моделированием с использованием модовой теории и геометроакустического приближения установлено, что наряду с присутствующими типичными четверками импульсов в пространственно-временной структуре акустического поля появление с малыми задержками по отношению к ним дополнительных сигналов обусловлено формированием в подводном звуковом канале Японского моря слаборасходящихся многомодовых пучков, которым соответствуют гладкие экстремумы у зависимостей пространственного периода интерференции соседних мод и их групповой скорости от номера моды. На примере одной из двух характерных для Японского моря стратификаций скорости звука показано, что при относительно высоких частотах излучения возможна регистрация двух групп дополнительных сигналов, которым соответствуют слаборасходящиеся пучки, сформированные модами сравнительно низких и высоких номеров. Ключевые слова: океанические волноводы, подводные звуковые каналы, слаборасходящиеся пучки, импульсные акустические сигналы, пространственно-временная структура DOI: 10.31857/S0320791925020079

Шатравин А.В. «Флуктуации акустического импульсного отклика и когерентная звукоподводная связь в мелком море в осенних условиях» с. 241-259

Представлены результаты натурного эксперимента, направленного на оценку временной изменчивости импульсного отклика гидроакустического канала и эффективности когерентной звукоподводной связи с помощью придонных источников и приемников на частотах ∼10 кГц на шельфе Черного моря в осенний период. В структуре импульсного отклика на протяжении всего эксперимента (∼36 ч) наблюдались три выраженных максимума переменной амплитуды. Диапазон изменчивости уровня среднеквадратической ошибки декодирования составил ∼11 дБ, доля битовых ошибок варьировалась в диапазоне от 0 до 0.10. Выявлена связь величин ошибок декодирования сигналов с амплитудой максимального прихода в структуре опорного импульсного отклика, соответствующего группе однократно отраженных от поверхности лучей, а также с коэффициентом вариации высокочастотных флуктуаций амплитуды этого прихода в мгновенной оценке импульсного отклика. С помощью численного моделирования подтверждена гипотеза о том, что в осенних условиях, характеризующихся отсутствием выраженного сезонного термоклина, основной гидрофизической причиной изменчивости амплитуды основного прихода и, как следствие, эффективности звукоподводной связи, является незначительное (доли градуса) изменение температуры в водном слое. Ключевые слова: флуктуации импульсного отклика, звукоподводная связь, мелкое море DOI: 10.31857/S0320791925020082

Демьянов М.А., Копьев В.Ф., Юдин М.А. «Корреляционная функция равновесных термоакустических флуктуаций в вязком теплопроводном газе» с. 260-272

Рассмотрена задача нахождения пространственно-временной корреляционной функции термоакустических флуктуаций газа, находящегося вблизи термодинамического равновесия. Получено выражение для корреляционной функции равновесных тепловых флуктуаций поля давления вязкого теплопроводного совершенного газа, заполняющего неограниченное евклидово пространство. Исследовано влияние границы на корреляционные характеристики термоакустических флуктуаций давления на примере вязкого изоэнтропийного совершенного газа, заполняющего трубу малого сечения с краевыми условиями твердой стенки на концах и периодическими условиями для случая трубы, замкнутой в окружность. Ключевые слова: корреляционные функции тепловых флуктуаций, термодинамически равновесные флуктуации DOI: 10.31857/S0320791925020092

Цуканов А А., Горбатиков А.В. «О возможности обнаружения в поле поверхностных волн геологических тел, не имеющих скоростного контраста» с. 273-283

С использованием математической модели в рамках линейной теории упругости рассмотрены интересные как с теоретической, так и с практической точек зрения постановки задачи по облучению поверхностными волнами упругого полупространства, содержащего одиночное заглубленное тело, физические свойства которого отличны от свойств материала вмещающей среды, но упругие модули и плотность изменяются согласованным образом так, что скорости как P- так и S-волн не отличаются от таковых во вмещающей среде. Показано, что такие заглубленные неоднородности, несмотря на отсутствие скоростного контраста, могут быть картированы как в плане, так и по глубине, в широкополосном поле поверхностных волн Рэлея по вариациям спектральной амплитуды сигнала, регистрируемого в нескольких точках на поверхности. Ключевые слова: поверхностные волны, волна Рэлея, скоростной контраст, медленность, неконтрастная неоднородность, спектральная амплитуда, спектр мощности, микросейсмическое поле, геологоразведочное микросейсмическое зондирование, метод микросейсмического зондирования, численное моделирование DOI: 10.31857/S0320791925020106

Чеботарева И.Я. «Статистические характеристики внутренней структуры сейсмического фона над залежью углеводородов» с. 284-298

Проведено изучение тонкой структуры сейсмического фона на территории нефтяного месторождения с использованием полиспектрального анализа и суррогатных моделей. Статистический тест на гауссовость и линейность показал, что естественный сейсмический фон в диапазоне частот 1–50 Гц является нелинейным процессом. По графикам бикогерентности выявлены статистически значимые пики фазово-связанных триплетов с характерной геометрией кластеризации пиков в главной треугольной области. Для анализа квазишумовой составляющей сейсмического фона были сгенерированы суррогатные временные ряды с рандомизированным фазовым спектром, биспектры которых свободны от триплетных пиков. Биспектральный анализ суррогатных рядов показал наличие в сейсмическом фоне негауссовой квазишумовой компоненты в диапазоне частот 1–6 Гц. Ранее опубликованы результаты анализа использованного набора записей двумя совершенно различными методами, каждый из которых извлекает информацию из разных составляющих сейсмического фона – квазишумовой и регулярной. Эти исследования показали, что в каждой из двух составляющих содержится информация, достаточная для оценки суммарной толщины продуктивных интервалов под точкой регистрации. На основании результатов биспектрального анализа и особенностей алгоритмов двух методов сделан вывод о том, что квадратично фазово-связанные триплеты и негауссова квазишумовая компонента на территории месторождения являются проявлениями эндогенной сейсмической эмиссии и порождены одним и тем же нелинейным процессом, развивающимся в окрестности нефтенасыщенного коллектора. Механизм сейсмической эмиссии следует искать в классе явлений с квадратичной нелинейностью. Статистические характеристики внутренней структуры сейсмического фона около нефтяных скважин имеют схожие особенности, которые сильно отличаются от статистических характеристик сейсмической записи около “сухой” скважины, находящейся за пределами залежи и не давшей притока нефти. Выявлены неизвестные ранее прогностические признаки типа насыщения пород нефть/вода. Ключевые слова: сейсмический фон, нефть, газ, вода, сейсмическая эмиссия, нелинейность, полиспектральный анализ, бикогерентность, суррогатные ряды DOI: 10.31857/S0320791925020116

Зверев А.Я., Лазарев Л.А., Панкратов И.В. «Звукоизоляция фюзеляжных самолетных конструкций с различным составом резонансных элементов» с. 299-304

Проблема снижения шума в салоне винтового самолета является актуальной задачей внутренней акустики, так как традиционные звукоизолирующие конструкции не обладают достаточной эффективностью в области низких частот. Одним из перспективных способов ее решения является применение резонансных систем, с помощью которых можно существенно увеличить звукоизоляцию бортовой фюзеляжной конструкции самолета в этом частотном диапазоне. В данной работе экспериментально определено влияние резонансных систем на звукоизолирующую способность плоских и цилиндрических панелей без подкрепления и с перекрестным подкреплением, моделирующим силовой набор фюзеляжа, а также определена эффективность облицовки салона пассажирского самолета резонансными системами различного состава. Испытания проводились в звукомерных камерах и на натурном стенде, представляющем собой реальный пассажирский самолет. При облицовке испытываемых конструкций использованы упруго-акустические резонаторы различного вида с резонансными элементами, изготовленными с применением фольги, микалентной бумаги и термополиуретана. Показано, что эффективность таких резонансных систем может достигать 10–20 и более децибел. Ключевые слова: звукоизоляция, резонансные элементы, фюзеляжная конструкция DOI: 10.31857/S0320791925020122

Зотов Д.И., Румянцева О.Д. «Компенсация влияния смещений преобразователей антенной решетки на данные томографирования» с. 305-322

Разработана и численно апробирована методика коррекции полей, регистрируемых антенной решеткой с неидеальным расположением излучающих и приемных преобразователей. Смещения преобразователей от их идеальных положений определяются предварительно. Методика коррекции предполагает нахождение угловых гармоник на основе полей, измеренных при смещенных преобразователях. Тогда эти найденные угловые гармоники позволяют пересчитать поля при идеальных положениях преобразователей, а также непосредственно рассчитать амплитуду рассеяния. Такие скорректированные данные являются входными для этапа восстановления акустических томограмм – внутренней структуры объекта. Численным моделированием проиллюстрировано, что в отсутствие коррекции данных, измеренных в реальных условиях, томограммы могут разрушаться. Ключевые слова: акустическая томография, коррекция данных рассеяния, обратная задача, амплитуда рассеяния DOI: 10.31857/S0320791925020134

«Игорь Борисович Есипов (к 80-летию со дня рождения)» с. 323-324

Исполнилось 80 лет известному специалисту в области нелинейной акустики, доктору физико-математических наук, профессору РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, главному научному сотруднику Акустического института имени Н.Н. Андреева, главному редактору “Акустического журнала”, Председателю Научного совета РАН по акустике Игорю Борисовичу Есипову.