Лазарев Л.А. «Нули функции Грина для балки и полукольца с диссипацией» с. 491-503

Для балки Эйлера–Бернулли и тонкого нерастяжимого полукольца показано, что их функция Грина для нормальных сил и смещений может равняться нулю при наличии диссипативных потерь. Балка и полукольцо рассмотрены в двух вариантах: со свободным креплением и подвижной заделкой на концах. Решения существуют в широких полосах частот. Для полукольца с подвижной заделкой среди решений есть такие, для которых производная функции Грина по частоте близка к нулю при независящем от частоты тангенсе потерь. Виброизолятор в виде замкнутого кольца с четырьмя опорами, распложенными в точках, соответствующих одному из таких решений, будет обладать как теоретически бесконечной виброизоляцией на одной частоте, так и большой виброизоляцией в широкой полосе соседних частот.

Шанин А.В., Лаптев А.Ю. «Асимптотическая оценка трехмерных интегралов с особенностями в приложении к волновым явлениям» с. 504-520

Рассматривается трехмерный интеграл типа Фурье, в экспоненциальном множителе которого стоит произведение некоторой фазовой функции и большого параметра. Ищется асимптотика этого интеграла при стремлении большого параметра к бесконечности. В одномерном случае асимптотика такого интеграла строится по точкам стационарной фазы и сингулярностям подынтегральной функции. Трехмерный случай оказывается более сложным: вклад в асимптотику могут давать такие особые точки, как точки стационарной фазы в пространстве, на сингулярности, на пересечении сингулярностей, точки тройного пересечения сингулярностей, а также конические точки сингулярностей. Для всех этих типов особых точек построены топологические условия существования ненулевых асимптотик и выведены сами асимптотики. Предлагаемая техника опробована на примере классической задачи о волнах Кельвина на поверхности глубокой жидкости за буксируемым телом.

Дамдинов Б.Б., Митыпов Ч.М., Пряжников М.И., Минаков А.В. «Моделирование коэффициента поглощения и расчет скорости звука в суспензиях» с. 521-533

Многие реальные жидкости кроме самой жидкой фазы содержат твердые включения различных размеров. Эти включения влияют на распространение акустических волн. Такие параметры акустических волн, как поглощение и скорость распространения звука зависят от размеров и концентрации частиц. В данной работе получены зависимости коэффициента поглощения и скорости звука для суспензии агарозного геля с частицами талька и для суспензий с частицами диоксида кремния. Проведено сравнение экспериментальных спектров затухания в различных суспензиях с теоретическими расчетами по модели Урика. Получены зависимости акустического поглощения и скорости звука от концентрации в суспензиях с различными размерами частиц. Результаты сравнения показали, что модель Урика удовлетворительно описывает поглощение в различных суспензиях при концентрациях частиц φ<20%.

Мороков Е.С., Левин В.М. «Принципы визуализации тонких цилиндрических рассеивателей в импульсной акустической микроскопии» с. 534-543

Одной из областей применения длиннофокусных высокочастотных ультразвуковых пучков является визуализация объемной микроструктуры материалов. Визуализация микроструктуры в акустической микроскопии в режиме на отражение обеспечивается за счет регистрации сигналов при отражении или рассеянии ультразвукового пучка на элементах внутренней структуры. Одними из элементов могут выступать акустически жесткие тонкие цилиндрические рассеиватели. Радиус тонких цилиндрических элементов существенно меньше размера фокального пятна зондирующего пучка, поэтому все тонкие элементы малого диаметра отображаются на акустических изображениях с одинаковым размером, равным диаметру фокального пятна. Для оценки размеров тонких цилиндрических элементов, видимых на изображениях, предлагается теоретических подход, описывающий формирование амплитуд выходных сигналов при взаимодействии фокусированного ультразвукового пучка с тонкими цилиндрическими элементами структуры. Аналитическое описание взаимодействия учитывает радиус элемента и чувствительности приемной акустической системы. Учитывая параметры излучателя/приемника и геометрию цилиндра, решается обратная задача по оценке размера рассеивателя в зависимости от принимаемого сигнала. Теоретический подход экспериментально подтверждается при визуализации тонких полимерных волокон с применением сканирующего импульсного акустического микроскопа и акустических линз на частотах 50 и 200 МГц, формирующих фокусированные пучки разной геометрии. По результатам сопоставления экспериментальных данных и теоретических расчетов делается вывод о применимости описанного аналитического подхода в рамках допущений и приближений для длиннофокусных пучков c малоугловой апертурой при оценках минимальных размеров цилиндрических рассеивателей видимых в акустической микроскопии.

Солонцов О.В., Росницкий П.Б., Чупова Д.Д., Гаврилов Л.Р., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Сравнение лучевого и дифракционного подходов к коррекции аберраций при транскраниальной фокусировке ультразвукового поля» с. 544-553

Теоретически оценены возможности использования лучевого и дифракционного методов коррекции аберраций, применяющихся в неинвазивной нейрохирургии для фокусировки ультразвука высокой интенсивности через кости черепа на различных глубинах в мозге человека. При анализе использовались данные компьютерной томографии головы с различными геометрическими характеристиками черепа в рамках анонимизированного набора из восьми пациентов. В качестве излучателя рассматривалась фазированная решетка с абсолютно плотным мозаичным заполнением поверхности 256 элементами, рабочей частотой 1 МГц, имеющая форму сферической чаши с радиусом кривизны и диаметром 200 мм. Компенсация аберраций лучевым методом проводилась путем расчета набега фаз вдоль лучей, исходящих из целевой точки к центрам элементов. В дифракционном методе при коррекции аберраций и расчете фокусировки ультразвука использовалась комбинация интеграла Рэлея и псевдоспектрального численного метода решения волнового уравнения в неоднородной среде, реализованного в программном пакете k-Wave. Показано, что наибольшие искажения поля наблюдаются для черепов с более выраженной вариацией толщины костной ткани. Дифракционный метод позволяет повысить эффективность фокусировки, а также проводить коррекцию на меньших глубинах по сравнению с лучевым методом.

Денисов С.Л., Остриков Н.Н., Воронцов В.И. «Приложение метода конечных элементов к проблеме исследования эффективности экранирования авиационных источников шума» с. 554-574

Представлены результаты расчета дифракции звука на экранах различной формы, выполненные с помощью предложенного авторами Метода Конечных Элементов (МКЭ) в формулировке Бубнова–Галеркина. Проведена верификация расчетов на задачах, имеющих точно решение (дифракция на цилиндре, на отрезке и на сфере), а также представлены результаты экспериментальной валидации расчетов дифракции звука на прямоугольном экране, выполненных с помощью Метода последовательностей максимальной длины. Статья подготовлена по материалам доклада на 10-й российской конференции “Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике”, 16–21 сентября 2024 г., г. Светлогорск Калининградской области, http://ceaa.imamod.ru/.

Лебига В.А., Миронов Д.С., Пак А.Ю. «Особенности фоновых акустических возмущений в аэродинамических трубах больших скоростей» с. 575-581

На основании термоанемометрического метода исследования пульсаций сжимаемых течений рассмотрены вопросы определения акустических характеристик потока в рабочих частях аэродинамических труб трансзвуковых и сверхзвуковых скоростей. Показано, что при сверхзвуковых скоростях потока помимо волн Маха, генерируемых стационарными источниками возмущений на стенках рабочей части, и волн Маха, генерируемых наиболее интенсивными пульсациями, движущимися в сверхзвуковом турбулентном пограничном слое, могут иметь место волны Маха, источниками которых является также турбулентный пограничный слой. С помощью термоанемометрического метода можно определить характеристики каждого из типов этих волн и их источники. Установлено также, что простые звуковые волны могут генерироваться турбулентным пограничным слоем и проникать в рабочую часть от источников, расположенных в форкамере аэродинамической трубы до критического сечения сопла Лаваля. В аэродинамических трубах больших дозвуковых скоростей акустические возмущения состоят из звуковых волн, идентифицируемых по интенсивности, направлению и спектральному составу, на основе разработанных методов термоанемометрии. Определяемые с помощью термоанемометра характеристики акустических возмущений (интенсивность, направление, расположение источников) позволяют целенаправленно их устранять или снижать, либо учитывать их влияние на исследуемые явления. Статья подготовлена по материалам доклада на 10-й российской конференции “Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике”, 16–21 сентября 2024 г., г. Светлогорск Калининградской области, http://ceaa.imamod.ru/.

Россихин А.А., Милешин В.И. «Расчетное исследование влияния клокинга (clocking) на тональный шум первых двух подпорных ступеней турбореактивного двухконтурного двигателя» с. 582-597

Представлены результаты исследования влияния клокинга – взаимного смещения в окружном направлении рабочих колес или направляющих аппаратов – на тональный шум первых двух подпорных ступеней компрессора низкого давления двухконтурного турбореактивного двигателя. Проведены расчеты как для различных взаимных положений рабочих колес, так и для различных взаимных положений направляющих аппаратов. Расчетная модель включала в себя рабочее колесо вентилятора и две подпорные ступени с входным направляющим аппаратом. Ступени имели одинаковые числа лопаток в рабочих колесах и направляющих аппаратах. Была поставлена задача получить мощность излучения и диаграммы направленности для наиболее интенсивных тонов на режиме c относительной частотой вращения вала 58%. Исследование выполнено с использованием метода расчета тонального шума многоступенчатых турбомашин в частотной области. Данный метод позволяет моделировать изменение взаимного положения венцов без манипуляций с расчетной сеткой. Результаты расчета демонстрируют, что мощность излучения из воздухозаборника при изменении взаимного положения рабочих колес может меняться на 4 дБ. Мощность излучения из воздухозаборника при изменении взаимного положения спрямляющих аппаратов в целом не меняется, однако для отдельных азимутальных мод может меняться более чем на 5 дБ. Статья подготовлена по материалам доклада на 10-й российской конференции “Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике”, 16–21 сентября 2024 г., г. Светлогорск Калининградской области, http://ceaa.imamod.ru/.

Фаворская А.В., Хохлов Н.И., Кожемяченко А.А., Петров И.Б. «Численное моделирование упругих волновых явлений сеточно-характеристическим методом на химерных расчетных сетках» с. 598-608

Решение прикладных задач сейсмической разведки и ультразвуковой дефектоскопии сопровождается применением компьютерного моделирования. Это ставит перед учеными задачу по разработке новых модификаций численных методов, позволяющих увеличить точность расчетов, минимизируя при этом затраты вычислительных ресурсов. В отличие от численных методов на неструктурированных расчетных сетках, использование Химерных (или наложенных, или адаптивных) расчетных сеток позволяет также описывать границы и контактные границы произвольной формы, но при этом затрачивать меньше оперативной памяти и времени на проведение вычислений. Это особенно важно в связи с активным использованием нейронных сетей для решения обратных задач, так как при генерации обучающих выборок важна как точность моделирования, так и скорость вычислений и количество затрачиваемой оперативной памяти. В работе рассматриваются и сравниваются между собой различные модификации сеточно-характеристического метода на Химерных расчетных сетках. Приведены примеры тестовых расчетов.

Клешнев Е.А., Ляксо Е.Е. «Акустические и перцептивные характеристики эмоциональной речи подростков 12–14 лет с интеллектуальными нарушениями и типичным развитием: сравнительный анализ» с. 609-616

Цель исследования – изучение проявления эмоциональных состояний в речи типично развивающихся подростков и подростков с интеллектуальными нарушениями. Анализировали эмоциональную речь 25 подростков при произнесении текстов бессмыслиц в эмоциональных состояниях “радость–нейтральное–печаль–гнев–страх”. Спектрографический анализ речи детей проводили в программе “Cool Edit Pro 2.0”. Считали: длительность; значения частоты основного тона; минимальные и максимальные значения частоты основного тона; диапазон частот основного тона; значения интенсивности частоты основного тона по фразе, ударному слову и ударному гласному. Проводили перцептивный эксперимент с участием 10 взрослых аудиторов. Выявлены различия в акустических характеристиках эмоциональной речи типично развивающихся подростков и подростков с интеллектуальными нарушениями: по длительности слов и гласных; минимальным значениям частоты основного тона слов и гласных. По результатам перцептивного эксперимента показано, что типично развивающиеся подростки лучше проявляют состояния печали и гнева в голосе по сравнению с подростками с интеллектуальными нарушениями.

Лебедев-Степанов П.В. «Векторный лапласиан в сферических координатах: об одной неисправленной опечатке в “Гидродинамике” Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица (Замечание по поводу статьи “Лебедев-Степанов П.В., Руденко О.В. Акусто-микро-флюидика: капиллярные волны и вихревые течения в сферической жидкой капле // Акуст. журн. 2016. Т. 62. № 4. С. 408-411”)» с. 617-622

Задачи акустической физики, описывающие распространение акустических воздействий или связанных с ними течений, опираются на уравнения гидроаэромеханики, в частности, на уравнения Навье–Стокса, содержащие векторный лапласиан скорости движения жидкой или газообразной среды. При этом одной из наиболее употребительных систем координат является сферическая. В заметке рассмотрена тиражирующаяся вплоть до 6-го исправленного издания 2021 г. принципиальная опечатка в “Гидродинамике” Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица (Курс теоретической физики, том VI), которая попала также в английскую версию Курса издательства Пергамон. Она касается уравнения Навье–Стокса в сферических координатах (15.21), описывающего r-компоненту векторного лапласиана. Опечатка мигрирует во вторичные публикации и может осложнить теоретические исследования, связанные с применением уравнений Навье–Стокса. Подробно выводится r-компонента векторного лапласиана из общих принципов, чтобы показать, как должно выглядеть соответствующее уравнение Навье–Стокса, и что опечатка действительно присутствует. Кроме того, предлагаются более компактные эквивалентные формы уравнений Навье–Стокса в сферических координатах.

Chen J., Ning G., Liang L., Qiao J., Cui Z., Zhang L., Wang Z., Li T., Zhang Z. «Acoustic Absorption Properties of Perforated Double-Porosity Aluminum Foam» pp. 517-530

To optimize the sound absorption performance of aluminum foam, a dual-porosity aluminum foam consisting of different perforation configurations is proposed. A theoretical model of the structure is established using the transfer matrix method, and a simulation model is constructed with COMSOL software. The accuracy of the results is verified through sound absorption experiments. By analyzing the sound absorption mechanism and exploring the influence of structural parameters on sound absorption performance, the results indicate that front-perforation induces a pressure diffusion effect, effectively enhancing acoustic energy dissipation and improving sound absorption. By adjusting the radius of front-perforation, a balance between the pressure diffusion effect and acoustic energy dissipation in the matrix material can be achieved, thereby maximizing sound absorption performance. When the perforation radius exceeds 7.5 mm, the sound absorption performance of aluminum foam with side perforations is significantly superior to that with front perforation. The perforation diameter on the incident surface significantly influences sound absorption, resulting in similar performance between the inverted gradient perforation dual-porosity aluminum foam (IG-DPAF) and the “I-shaped gradient” perforation dual-porosity aluminum foam, both demonstrating excellent broadband sound absorption properties with absorption coefficients exceeding 0.8 across the frequency range of 1000–6300 Hz. Conversely, the sound absorption behavior of the positively gradient perforated dual-porosity aluminum foam (PG-DPAF) resembles that of the “+shaped gradient” perforation dual-porosity aluminum foam in terms of sound absorption behavior. This study provides novel insights for the structural design and performance optimization of aluminum foam-based sound-absorbing materials.

Lan J., Zhou Y., Hu W., Bu X., Li Y. «Sound Insulation Performance of Multi-Layer Membrane-Type Acoustic Metamaterials Based on Orthogonal Experiments» pp. 541-549

Fundamental limitations in low-frequency bandwidth and impedance matching continue to constrain the sound insulation performance of acoustic metamaterials. In this work, a three-layer membrane-type acoustic metamaterial (MAM) is introduced as a potential solution. Through orthogonal experiments, remarkable sound insulation capabilities are demonstrated within the frequency range of 100–1200 Hz. By analyzing the eigenmodes and sound transmission loss (STL) at resonance and anti-resonance frequencies, the underlying sound insulation mechanism of the three-layer MAM is clarified. In addition, an orthogonal experiment is utilized to identify the key factors affecting sound insulation performance. Using relative bandwidth as the classification criterion, the optimal combination of influencing factors is identified, leading to improved STL performance of the multi-layer MAM and broadening the sound insulation bandwidth. This work advances low-frequency insulation performance and bandwidth, simultaneously establishing a novel and practical framework for the design of sound insulation material.

Sharma V., Singh J., Deep S. «Anti-Plane Shear Horizontal Wave Propagation in a Dry Sandy Plate: A Detailed Investigation under Various Boundary Conditions» pp. 559-568

Anti-plane shear horizontal (SH) waves in plates plays a crucial role as guided waves in non-destructive testing techniques, biosensing devices and structural health monitoring. This study thoroughly investigates the characteristics of SH waves in an infinitely extended Weiskopf sandy material plate with finite thickness. Using an analytical approach similar to the method of separation of variables, dispersion relations are derived for three types of boundary conditions: stress-free, rigidly fixed, and mixed. For stress-free and rigidly fixed boundaries, the resulting wave motions are classified into symmetric and skew-symmetric modes. These distinct wave modes, however, do not occur under mixed boundary conditions. Notably, the dispersion relation remains invariant under mixed boundary conditions even when the stress-free and rigidly fixed surfaces are interchanged. The group velocity of SH waves is also derived analytically. Dispersion curves are plotted to illustrate various symmetric and skew-symmetric modes, with particular emphasis on the effects of the sandiness parameter and plate thickness on wave dispersion behavior.

Seema, Singhal Abhinav «Continuum Mechanics Analysis of Surface Vibrations in Piezomagnetic Laminates on Manifold Substrates» pp. 569-579

This work investigates Love-type wave transmission in a multilayered piezomagnetic (PM) and heterogeneous half-space (HHS) structure with a viscous liquid layer (VL) on top. Wave transmission behavior is investigated in both magnetically open (MO) and magnetically closed (MS) circuit boundary circumstances. The primary study focuses on the scattering behavior of phase velocity in a Love-type wave as influenced by the combination of VL, PM, and HHS. The dispersion relation for Love-type waves was calculated analytically, and phase velocity graphs were displayed and evaluated using Mathematica software. A detailed investigation was undertaken to determine the influence of important variables on phase velocity, such as material heterogeneity, piezomagnetic coupling, and viscous liquid layer thickness. The research results demonstrate the influence of VL, PM, and HHS materials on phase velocity in MO and MS conditions. Graphical comparisons reveal that piezomagnetic coupling causes significant changes in phase velocity, highlighting its role in wave propagation. The open and short circuit conditions exhibited approximately similar phase velocities, suggesting that boundary constraints had a negligible effect on wave propagation. The model only considers linear wave transmission and excludes nonlinear effects. Furthermore, the technique is predicated on idealized material properties that account for heterogeneity. The findings can be used to design and develop energy harvesters, sensors, and wave manipulation instruments using PM with viscous liquid coatings. Understanding the behaviour of surface waves, including phase velocity, is essential for efficient application in these frameworks.

Wang B., Yang X., Yan X. «Ultrasound Power Doppler Imaging Using Regional-Lag Signed Delay Multiply and Sum Beamformer» pp. 638-647

Ultrasound power Doppler imaging serves as an essential diagnostic modality for blood flow visualization in clinical practice, demonstrating superior sensitivity relative to conventional color Doppler imaging. Despite its advantages, further enhancement in imaging quality remains imperative to achieve more precise clinical diagnoses. This study introduces an innovative power Doppler imaging technique incorporating a regional-lag signed delay multiply and sum (rsDMAS) beamformer to improve contrast performance. The proposed rsDMAS algorithm overcomes existing technical limitations through dynamic optimization of the maximum lag parameter for coherence estimation, effectively amplifying blood flow signals while maintaining the integrity of weaker vascular signals. Furthermore, the implementation of a clutter filter on aperture-compounded signals successfully addresses phase distortion artifacts that would otherwise compromise imaging quality. Comprehensive validation through both simulation and in vivo experiments revealed substantial performance improvements: contrast ratio (CR) enhancements of 39 and 10.7%, contrast-to-noise ratio (CNR) improvements of 9 and 55.8%, and signal-to-noise ratio (SNR) gains of 40 and 7.8% compared to frame multiply and sum (FMAS) and delay multiply and sum (DMAS) methods, respectively. The developed technique demonstrates robust suppression of thermal noise and acoustic clutter, ultimately yielding significantly enhanced blood flow imaging capabilities for clinical applications.

An Y.-N., Ri M.-S., Choe G.-C., Yun, Y.-I., Ahn U., Ryu H.-C. «A Rational Frequency Tracking Method for Phase-Shift Migration Inverter in Ultrasonic Power Control» pp. 655-668

The aim of this paper is to find a method for tracking the resonance point of an ultrasonic transducer driven by a phase-shift PWM inverter operating in a “phase-shift+operating frequency control” scheme, as well as to overcome the drawback of IZL (Integration Zero Loop) where optimal frequency tracking is impossible when the phase-shift PWM inverter outputs the maximum power. The minimum admittance tracking system (MATS) proposed in this paper consists of a matching circuit with parameters determined by MATLAB simulation and performs experiments with the desired power to determine the LF so that the phase-shift PWM inverter operates in a stable operating state where shock currents are not generated by a small increase in the parameter LF of the L–C matching circuit. The MATS, which is the optimal frequency tracking method we proposed, overcame the drawback of IZL, where the optimal frequency tracking was not possible when the phase-shift PWM inverter outputs the maximum power. Moreover, it prevents the generation of shock currents that occurred on the right-branch of the inverter even when power control is performed at the resonant frequency of the load and allows the inverter to operate in a steady state.