WikiSort.ru - Не сортированное

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте

Во́лны Рэлея — поверхностные акустические волны. Названы в честь Рэлея теоретически предсказавшего их в 1885 году[1].

Изображение волны Рэлея.

Описание

Волны Рэлея распространяются вблизи поверхности твердого тела. Фазовая скорость таких волн направлена параллельно поверхности. Частицы среды в такой волне совершают эллиптическое движение в сагиттальной плоскости (в которой лежат вектор скорости и нормали к поверхности). Амплитуды колебаний затухают при удалении от поверхности по экспоненциальным законам и энергия волны сосредоточена в области на расстоянии порядка длины волны от поверхности.[2]

Изотропное тело

Уравнение движения бесконечно малого объёма однородной, изотропной и идеально упругой среды с плотностью ρ можно записать в виде

(1)

где U — смещение бесконечного малого объёма относительно равновесного положения, λ и μ — упругие постоянные, Δ — оператор Лапласа. Для данного волнового уравнения решения ищутся в виде суперпозиции поперечных и продольных смещений U=Ut+Ul, где Ul=grad φ и Ut=rot ψ. φ и ψ — скалярный и векторный потенциалы. Уравнение (1) для новых неизвестных представляет собой волновые уравнения для независимых компонент смещений[3]:

(2.1)
(2.2)

Если волна распространяется по оси x, то можно рассмотреть для изотропного случая только колебания в плоскости (x, z). Принимая во внимание независимость компонент от y для плоской гармонической волны, волновые уравнения для потенциалов примут вид

(3.1)
(3.2)

где  — волновые числа для продольных и поперечных волн. Решения этих уравнений, если взять только затухающие решения представляются в виде плоских волн[4]:

(4.1)
(4.2)

где ; ; ; A и B — произвольные постоянные. Эти решения представляют собой общее решение волнового уравнения для затухающей волны, а для нахождения частного решения нужно задать граничные условия на поверхности среды.

Компоненты смещения представляются в виде

(5.1)
(5.1)

В случае свободной границы значение компонентов тензора напряжений принимают нулевые значение

(6.1)
(6.2)

После подставления решений (4) получится однородная система линейных уравнений относительно амплитуд A и B, которая имеет нетривиальное решение только если детерминант системы равен нулю (уравнение Рэлея), а именно[5]

(6)

где , . Это уравнение имеет единственный корень относящийся к рэлеевской волне, который зависит только от коэффициента Пуассона ν:

(7)

Отсюда находятся компоненты смещений для рэлеевской волны[6]:

(8.1)
(8.2)
Дисперсионная кривая псевдорэлеевских волн

Практическое применение волн рэлеевского типа

Волны рэлеевского типа (псевдорэлеевские волны) успешно применяются в инженерной сейсморазведке для изучения упругих параметров пород и грунтов находящихся за обделкой тоннелей[7], железобетонными, бетонными плитами, каменной кладкой или дорожной одеждой[8]. В случае увеличения скоростей с глубиной (как правило, при исследованиях с дневной поверхности) скорости поперечных волн в нижнем слое определяются по дисперсионным кривым псевдорэлеевских волн (см. рис). Этот способ широко используются на практике и обоснован с точки зрения теории упругости.

Примечания

  1. Lord Rayleigh (1885). “On Waves Propagated along the Plane Surface of an Elastic Solid”. Proc. London Math. Soc. s1-17 (1): 4—11.
  2. Викторов И. А., 1981, с. 11.
  3. Викторов И. А., 1981, с. 7.
  4. Викторов И. А., 1981, с. 8.
  5. Викторов И. А., 1981, с. 9.
  6. Викторов И. А., 1981, с. 10.
  7. Оценка свойств и состояния грунтов за обделкой транспортных тоннелей по данным 2D-сейсмотомографии. Бойко О. В..
  8. Определение физико-механических свойств и прочностных характеристик грунтов, перекрытых каменной кладкой, бетонными, железобетонными конструкциями и дорожной одеждой..

Литература

  • Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. — 287 с.

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .




Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2024
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии