Модель для определения свойств пористых водонасыщенных сред Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Секция акустики и медицинской техники

♦ меднение представляет собой простой способ прецизионного понижения резонансной частоты пьезокерамической пластины;

♦ меднение повышает механическую добротность пьезопластин;

♦ меднение позволяет корректировать резонансную частоту пьезопластин без внесения значительных механических потерь.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Пьезокерамические преобразователи: Справочник / Под ред. С.И. Пугачева. Л.: Судостроение, 1984.

2. Ямпольский А.М., Ильин В.А. Справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение, 1981.

3. Гаврилов А. М., Медведев В.Ю., Батрин А.К. Автоматизация лабораторных измерений частотных характеристик пьезоэлементов и пьезопреобразователей // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Юбилейный выпуск. 2002. С.82-87.

УДК 53.072:51

М.Н. Чернов

МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ПОРИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ СРЕД

В настоящее время важной задачей гидроакустики и геологии является исследование и возможность расчёта конкретных параметров донных грунтов с целью получения чёткого представления о структуре, составе, физико-механических, химических и термодинамических свойствах среды. На данный момент существует большое количество теоретических моделей, применяемых для расчёта параметров среды. Однако большинство этих моделей учитывает в своих расчётах малое количество (порядка 7 - 10) исходных параметров, а в остальном полагаются на ряд всевозможных допущений. Такой подход к решению сложной физикоматематической задачи, определяющей процессы, протекающие в реальных средах, зачастую не допустим или является слишком приближенным и не точным.

Основная сложность в расчётах заключается в том, что реальные донные структуры неоднородны. Как правило, они представляют собой какой-либо пористый жёсткий скелет, поры которого заполнены водой. Наиболее полной моделью для расчета параметров таких сред на сегодняшний день является модель Биота. Эта модель рассматривает не только стационарное состояние среды, но и взаимосвязь между инертными силами звуковой волны, исходящей от исследовательской антенны, и параметрами самой среды. Кроме того, в расчётах данная модель использует не менее 20 параметров среды, что значительно повышает точность получаемых результатов. Так, например, при расчёте такой достаточно распространённой среды как водонасыщенный песок, данная модель учитывает следующие параметры: пористость, извилистость, плотности воды и материала, из которого сделан скелет, модуль объёмной упругости песка, модуль объёмной упругости кварца, модуль объёмной упругости воды, модуль сдвига песчаной структуры, проницаемость и удельное сопротивление песка, вязкость воды и её теплопроводность, удельная теплоёмкость воды по постоянному давлению и по постоянному объёму, сжимаемость среды и некоторые другие. К достоинствам данной модели следует отнести то, что она основывается на физике процессов сжатия, разряжения и перемещения среды в результате воздействующих на них звуковых колебаний и математических уравнений, описывающих данные процессы, а не только на

Известия ТРТУ__________________________________________Специальный выпуск

математических выкладках предполагаемых процессов. Результаты выкладок этой модели показывают, что часть важных параметров среды (например, плотность, сжимаемость и т.д.) оказываются переменными и зависимыми от параметров звукового поля, однако ряд моделей этим недопустимо пренебрегают.

Исходя из выше изложенного, следует вывод, что данная модель наиболее приемлема для расчёта пористых водонасыщенных сред.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Acoustics, elasticity, and thermodynamics of porous media / twenty-one papers by Maurice Anthony Biot; Ivan Tolstoy, editor. Acoustical Society of America. 1992. 267p.

2. Allard J.F. Propagation of sound in porous media: modeling sound absorbing materials. London and New York: Elsevier science publishers LTD. 1993. 285p.

УДК 534.222

Г.Б. Тарасова, Б.В. Дюдин УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

Ультразвуковой (УЗ) инструмент нашел широкое применение как в технологии (сварка, пайка), так и в медицине (хирургия, стоматология, лапароскопия). В каждой области УЗ-инструмент состоит из пьезоэлектрического преобразователя, концентратора и рабочей насадки, которая не анализируется [1,2].

Основным недостатком таких инструментов, рассчитанным по типовой методике, является большая масса. Однако, если использовать метод «золотого сечения», можно значительно сократить размеры и массу УЗ-инструмента. Нами разработана методика компьютерного расчета такого инструмента. Суть метода заключается в следующем: рассчитывается преобразователь на заданную частоту с двумя накладками и с узловой линией в центре. Затем, воспользовавшись рядом Фибоначчи (п=1,1,2,5,3,8...), рассчитываются длина и сечение экспоненциальной части инструмента по следующим формулам:

Sc = S •

l

N •Лш/4'

L =

Лш/ 4 n •Ф

где Ф = 1,618.

По разработанной методике были рассчитаны и изготовлены экспериментальные образцы (рисунок) и проведено исследование их частотных характеристик. Анализ результатов показал хорошее совпадение теоретических и экспериментальных частот. При исследовании обнаружено сильное влияние полой стяжки