О рассеянии релеевских и продольных сейсмических волн на локальной неровности грунта
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2024.17.2.18Ключевые слова:
сейсмические поверхностные релеевские и продольные объемные волны, рассеяние, одиночная неровность грунта, метод конечных элементовАннотация
Выполнено 3-D численное моделирование рассеяния сейсмических поверхностных релеевских и продольных волн, распространяющихся по грунту, плотность и упругость которого типичны для геосреды. На границе грунта имеется локальная неровность в виде пустотелой полусферической выемки (усеченной сферы). Показано, что направленность поля рассеяния зависит от вида неоднородности. Из литературы известно, что при переходе к другому виду неоднородности, например, к покрытию границы тонким инертным (массивным) слоем в виде кружка, возникает рассеяние вперед. Рассматривается импульсный режим зондирования неоднородности. В качестве излучателя предлагается использовать короткоимпульсный источник, например, гидроакустический излучатель или подобный ему пульсирующий монополь, неглубоко погруженный под свободную границу. Таким образом, генерируются упругие волны - поверхностная релеевская и обратно отраженная продольная, для регистрации которых применяются сейсмические приемники, устанавливаемые на свободной границе по схеме, которая выглядит как решетка. Анализируется пространственное амплитудное распределение волнового поля в вертикальном (по центру неоднородности) и горизонтальном (на уровне свободной границы) сечениях среды. Характерные особенности волнового поля обусловлены его рассеянием на локальной неоднородности. Исследуются отличительные свойства в изображении волновых рельефов, образующихся на пересечении волновых фронтов продольных волн - отраженной от свободной границы и рассеянной на локальной неоднородности. Установлены признаки, указывающие на присутствие локальной неоднородности и позволяющие диагностировать ее параметры. Обсуждаются способы повышения достоверности и надежности реализации алгоритмов обнаружения и классификации неоднородностей, оценки их сложности, базирующиеся на использовании перечисленных типов волн. На основе применения все более коротких по длительности зондирующих импульсов демонстрируется возможность представления рельефов в деталях и, соответственно, потенциально достижимое пространственное разрешение при зондировании локальных подповерхностных неоднородностей.
Скачивания
Библиографические ссылки
Жостков Р.А. Восстановление неоднородностей среды при микросейсмическом зондировании вдоль криволинейной поверхности // Акустический журнал. 2019. Т. 65, № 5. C. 708–720. DOI: 10.1134/S0320791919050204.
Власов С.Н., Павлова Г.Д., Журавлев А.Н., Власова В.Н. Исследование отражения рэлеевских волн от подповерхностных дефектов // Современные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сб. статей XIX Международной научно-практической конференции в 3 частях, Пенза, 5 июня 2021 г. Т. 1. Пенза: Наука и Просвещение, 2021. C. 109–111.
Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966. 168 с.
Аббакумов К.А., Коновалов Р.С. О рассеянии поверхностных волн Рэлея трещинноподобным дефектом, нормальным к поверхности упругого полупространства // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. № 1. C. 74–80.
Разин А.В. Рассеяние поверхностной акустической волны на неоднородности малых размеров в твердом полупространстве // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53, № 7. C. 464–480.
Самедов Я.Ю., Кутянин В.В. Поля рассеяния волны Рэлея поверхностными дефектами // В мире неразрушающего контроля. 2008. № 1. C. 34–35.
Заславский Ю.М. Параметрическое рассеяние высокочастотных упругих волн на сферической полости малых волновых размеров, колеблющейся в поле рэлеевской волны // Акустический журнал. 2004. Т. 50, № 1. C. 55–60.
Ермолов И.Н. Достижения в теоретических вопросах ультразвуковой дефектоскопии, задачи и перспективы // Дефектоскопия. 2004. № 10. C. 13–48.
Чуков В.Н. Рассеяние волны Рэлея статистической неоднородностью плотности массы // Физика твердого тела. 1997. Т. 39, № 2. C. 267–274.
Косачев В.В., Лохов Ю.Н., Чуков В.Н. Рассеяние поверхностных рэлеевских и объемных акустических волн на двумерной статистической шероховатости свободной поверхности твердого тела // Физика твердого тела. 1990. Т. 32, № 7. C. 2045–2055.
Заславский Ю.М. Энергетика рассеянных упругих полей, возникающих при дифракции волны Рэлея на поверхностном возмущении полуограниченной среды. Препринт № 267. Горький: НИРФИ, 1989. 15 с.
Angel Y.C., Achenbach J.D. Reflection and transmission of obliquely incident Rayleigh waves by a surface-breaking crack // The Journal of the Acoustical Society of America. 1984. Vol. 75, no. 2. P. 313–319. DOI: 10.1121/1.390473.
Hirao M., Fukuoka H., Miura Y. Scattering of Rayleigh surface waves by edge cracks: Numerical simulation and experiment // The Journal of the Acoustical Society of America. 1982. Vol. 72, no. 2. P. 602–606. DOI: 10.1121/1.388041.
Крылов В.В. Оптическая теорема для рассеяния волн деформации на неоднородностях плоской границы твердого тела // Акустический журнал. 1980. Т. 26, № 2. C. 214–217.
Parekh J.P., Tuan H.-S. Reflection and bulk-wave conversion of Rayleigh wave at a single shallow groove // Journal of Applied Physics. 1977. Vol. 48, no. 3. P. 994–1003. DOI: 10.1063/1.323721.
Maradudin A., Mills D. The attenuation of Rayleigh surface waves by surface roughness // Annals of Physics. 1976. Vol. 100, no. 1/2. P. 262–309. DOI: 10.1016/0003-4916(76)90063-4.
Tuan H.-S. On bulk waves excited at a groove by Rayleigh waves // Journal of Applied Physics. 1975. Vol. 46, no. 1. P.36–41. DOI: 10.1063/1.321345.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 1970 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.