Особенности распространения изгибной волны в разрезном стержне

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты численного моделирования и экспериментальных исследований распространения изгибных упругих волн в металлическом разрезном стержне прямоугольного сечения, реализующем приближенно эффект акустической черной дыры. Образец представляет собой стержень с прорезями, глубина которых увеличивается по степенному закону с показателем степени 4/3. Экспериментально и на основании результатов численного моделирования подтверждено, что такие стержни замедляют скорость распространения упругой волны к торцу стержня. Показано, что изгибные волны в таких структурах обладают дисперсией и их амплитуда у торца стержня для некоторых собственных частот выше, чем у цельного стержня. Проведено сравнение форм собственных колебаний целого и разрезного стержней, а также распределения амплитуды изгибной волны вдоль стержней. Исследована зависимость длины изгибной волны от частоты по мере ее распространения к торцу разрезного стержня.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Агафонов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: aikor42@mail.ru

физический факультет

Россия, Ленинские горы, Москва, 119991

М. Ю. Изосимова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: aikor42@mail.ru

физический факультет

Россия, Ленинские горы, Москва, 119991

Р. А. Жостков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: aikor42@mail.ru
Россия, Грузинская ул. 10, стр. 1, Москва, 123995

А. И. Кокшайский

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: aikor42@mail.ru

физический факультет

Россия, Ленинские горы, Москва, 119991

А. И. Коробов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: aikor42@mail.ru

физический факультет

Россия, Ленинские горы, Москва, 119991

Н. И. Одина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: aikor42@mail.ru

физический факультет

Россия, Ленинские горы, Москва, 119991

Список литературы

  1. Миронов М.А. Распространение изгибной волны в пластине, толщина которой плавно уменьшается до нуля на конечном интервале // Акуст. журн. 1988. Т. 34. №. 3. C. 546–547.
  2. Krylov V.V., Shuvalov A.L. Propagation of localised flexural vibrations along plate edges described by a power law // Proc. of the Institute of Acoustics. 2000. V. 22. № 2. P. 263–270.
  3. Krylov V.V. Localized acoustic modes of a quadratic solid wedge // Moscow University Physics Bulletin. 1990. V. 45. №. 6. P. 65–69.
  4. Krylov V.V., Tilman F.J.B.S. Acoustic ‘black holes’ for flexural waves as effective vibration dampers // J. Sound Vib. 2004. V. 274. № 3−5. P. 605–619.
  5. Pelat A., Gautiera F., Conlon S.C., Semperlotti F. The acoustic black hole: A review of theory and applications // J. Sound Vib. 2020. V. 476. P. 115316.
  6. Guasch O., Arnela M., Sánchez-Martín P. Transfer matrices to characterize linear and quadratic acoustic black holes in duct terminations // J. Sound Vib. 2017. V. 395. P. 65–79.
  7. Krylov V.V. Acoustic black holes: recent developments in the theory and applications // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2014. V. 61. № 8. P. 1296–1306.
  8. Bayod J.J. Experimental study of vibration damping in a modified elastic wedge of power-law profile // J. Vibr. Acoust. 2011. V. 133. № 6. P. 061003.
  9. Ji H., Luo J., Qiu J., Cheng L. Investigations on flexural wave propagation and attenuation in a modified one-dimensional acoustic black hole using a laser excitation technique // Mechanical Systems and Signal Processing. V. 104. 2018. P. 19−35.
  10. O’Boy D.J., Krylov V.V. and Kralovic V. Damping of flexural vibrations in rectangular plates using the acoustic black hole effect // J. Sound Vib. 2010. V. 329. P. 4672–4688.
  11. Агафонов А.А., Коробов А.И., Изосимова М.Ю., Кокшайский А.И., Одина Н.И. Особенности распространения волн Лэмба в клине из АБС пластика с параболическим профилем // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 5. С. 467–474.
  12. Миронов М.А. Точные решения уравнения поперечных колебаний стержня со специальным законом изменения поперечного сечения // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 5. С. 3–8.
  13. Миронов М.А. Точные решения уравнения поперечных колебаний стержня со специальным законом изменения поперечного сечения вдоль его оси // IX Всесоюзная акустическая конференция. 1991. Секция Л. С. 23–26.
  14. Миронов М.А. Разрезной стержень как вибрационная черная дыра // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 6. C. 736–739.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема профиля разрезного стержня.

Скачать (116KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (а) — Пример задаваемой геометрии образца и (б) — сетка конечных элементов.

Скачать (208KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Примеры форм изгибных колебаний стержней в горизонтальной проекции: в контрольном образце на частоте (а) — 12.8, (б) — 22.7, (в) — 54.6, (г) — 99.9 кГц; и в разрезном стержне на частоте: (д) — 10.4, (е) — 21.8, (ж) — 52.9, (з) — 99.5 кГц.

Скачать (316KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дисперсионные кривые стержня без разрезов (погрешность экспериментально полученных данных меньше величины маркера и увеличивается от 2% до 9% при уменьшении скорости).

Скачать (107KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение амплитуды изгибной моды в разрезном стержне.

Скачать (253KB)
Метаданные
7. Рис. 6. (а) — Собственные частоты изгибной моды, распространяющейся в разрезном и контрольном образцах. (б) — Зависимость длины изгибной волны в стержне от расстояния до свободного торца в диапазоне частот от 10 до 100 кГц. Под графиком помещен профиль разрезного стержня, соответствующий координатам х графика.

Скачать (190KB)
Метаданные
8. Рис. 7. (а) — Образцы стержней, (б) — крепление образца и преобразователей.

Скачать (190KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Пример визуализации колебания поверхности разрезного стержня, полученной с помощью сканирующего виброметра.

Скачать (138KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Амплитудно-частотная характеристика (а) — контрольного и (б) — разрезного стержней в диапазоне от 10 до 100 кГц.

Скачать (242KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Распределение амплитуды изгибной моды (а) — в контрольном образце и (б) — в разрезном стержне.

Скачать (184KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимость длины изгибной волны в стержне от расстояния до свободного торца в диапазоне частот от 10 до 100 кГц. Линиями представлены результаты моделирования, а точками — экспериментальные данные.

Скачать (191KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024