Свойства нормальных волн композитного упруго-жидкостного волновода, помещенного в жидкость

Abstract

Изучены особенности осесимметричных волновых движений в заполненном и окруженном жидкостью упругом цилиндре. Излучение в окружающую среду порождает специальный механизм затухания волн - радиационное демпфирование. Предложена методика определения вещественных и комплексных корней дисперсионного уравнения для волноводов данного типа. Представлены результаты анализа различий кинематических и энергетических характеристик нормальных волн для случаев жесткого и податливого материалов упругого цилиндра. Показано влияние радиационного демпфирования на характеристики неоднородных волн, распространяющихся в противоположных направлениях. Рассмотрены свойства незатухающих поверхностных волн (типа волны Стоунли), существующих при произвольных значениях частоты, а также любых соотношениях физических характеристик материала цилиндра и жидкости. Важнейшей особенностью волновода с податливым цилиндром является наличие в высокочастотной области системы неподверженных радиационному демпфированию нормальных волн, фазовые скорости которых стремятся к скорости волны сдвига в материале цилиндра.

Вивчені особливості осесиметричних хвильових рухів у заповненому та оточеному рідиною пружному циліндрі. Випромінювання в оточуюче середовище породжує спеціальний механізм затухання хвиль - радіаційне демпфірування. Запропоновано методику визначення дійсних і комплексних коренів дисперсійного рівняння для таких хвилеводів. Представлені результати аналізу відмінностей кінетичних і енергетичних характеристик нормальних хвиль для випадків жорсткого та піддатливого матеріалів пружного циліндра. Показаний вплив радіаційного демпфірування на характеристики неоднорідних хвиль, які розповсюджуються у протилежних напрямках. Розглянуті властивості незатухаючих поверхневих хвиль (типу хвиль Стоунлі), які існують при довільних значеннях частот та будь-яких співвідношеннях фізичних характеристик матеріалу циліндра й рідини. Важливою особливістю хвилевода у випадку піддатливого циліндра є існування у високочастотній області системи нормальних хвиль, які не зазнають впливу радіаційного демпфірування. Їхні фазові швидкості прямують до швидкості хвилі зсуву в матеріалі циліндра.

The paper deals with studying the peculiarities of axisymmetric wave motions in a fluid-filled elastic cylinder surrounded with a fluid environment. Radiation to the environment establishes the special wave attenuation mechanism: a radiation damping. The technique is proposed for determining the real and complex roots of the dispersion equation for the considered waveguide type. The differences of the kinematic and energy characteristics of the normal waves for the cases of the stiff and compliant cylinders are analyzed and discussed. The effect of the radiation damping on the characteristics of evanescent waves propagating in opposite directions. The study considers the properties of non-attenuating surface waves (of the Stoneley wave type) that exist at arbitrary frequency values and any ratios of the cylinder material and fluid physical properties. The principal feature of the waveguide with the compliant cylinder is the existence in the high-frequency range of the system of normal waves not subjected to the radiation damping, which phase velocities tend to shear wave velocity in the cylinder material.