粘弾性管内の新しい波束の伝搬速度の定義に基づいた測定に関する研究

基于新定义的粘弹性管道中波包传播速度的测量研究

基本信息

批准号：
09750070
负责人：
長谷川光司
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Utsunomiya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750070/
关键词：
粘弾性管群速度速度分散動的弾性率粘弾性

项目摘要

柔軟性のある管の内側を音波が伝搬すると,音速が周波数に依存して変化する速度分散現象が生じる.このような速度分散領域において,従来の定義による群速度は,壁面振動の共振周波数付近で発散してしまい,本来の物理的意味を失ってしまう.そこで本研究は,電磁波の分野において新たに定義された群速度の理論に基づき,粘弾性管内の音波の群速度について理論的な検討を行い,実験を通して理論解析の妥当性の検証を行った.平成9年度には,管内音波の群速度の理論的な検討を行い,シリコーンゴム管を用いた実験により,管内媒質が空気の場合の波束の伝搬速度を測定した.その結果,実験値は理論解析の値と比較的よく一致した.平成10年度には,まず,シリコーンゴム管の弾性定数を簡易かつ高精度に求めるため,TSP(Time-Stretched Pulse:時間引き延ばしパルス)を管内に伝搬させ,音波の位相速度及び吸収係数の測定を行い,その結果を用いて管壁の動的弾性率及び動的粘性率を算出した.そして,求めた弾性定数をもとに,管内での音波伝搬の数値シミュレーションを行った.また,管内媒質が水の場合の音波伝搬実験を行い,管壁面の弾性振動が支配的に働く管壁モード,内部の流体が支配的に働く流体モードを分離して測定した.その結果,位相速度は管壁モードの方が速く,音波吸収は流体モードの方が大きいことがわかった.しかしながら,両モード共に,速度分散領域においては,音波吸収が著しく大きな値を示し,波束の伝搬速度を測定することが困難であった.今後は,速度分散領域での波束の伝搬速度の測定精度を向上させるため,駆動源および受波センサについて検討する必要がある.

当声波在柔性管内传播时，会发生速度分散现象，在该现象中，声速度根据频率而变化。在这个速度分散区域中，常规组速度在壁振动的谐振频率附近有所不同，失去了其原始物理含义。因此，这项研究基于电磁波领域的新定义的群速度理论，并对粘弹性管中声波的组速度进行了理论检查，并通过实验验证了理论分析的有效性。在1997年，进行了对管中声波的组速度的理论检查，通过使用硅橡胶管的实验，在管中的培养基为空气时，测量了波包的传播速度。结果，实验值与理论分析的值相对匹配。在1998年，首先，为了获得简单且高精度的有机硅橡胶管的弹性常数，首先是时间拉伸（TSP）。将脉冲（：时间拉伸的脉冲）传播到管中，并测量声波的相速度和吸收系数，并使用结果来计算管壁的动态模量和动态粘度。基于弹性常数，进行了对管中声波传播的数值模拟。此外，当管子中的培养基是水时，进行了声波传播实验，其中管壁表面的弹性振动的流体模式是主导的，并且内部流体起作用的流体模式。结果，发现相位速度在管壁模式下更快，在流体模式下声波吸收更大的流体模式。但是，在这两种模式中，在速度分散区域中，很难测量波数据包的传播速度。将来，有必要考虑驱动源和波动接收传感器，以提高速度分散区域波数据包传播速度的测量的准确性。