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，会发生声速根据频率而变化的速度色散现象，在这种速度色散区域中，根据传统定义的群速度位于壁振动的共振频率附近。，本研究以电磁波领域新定义的群速度理论为基础，对粘弹性管中声波的群速度进行了理论研究，我们通过实验验证了理论分析的有效性。1997年，我们对管内声波的群速度进行了理论研究，并通过硅橡胶管的实验，研究了管内介质流动时的波包。测量了传播速度，结果实验值与理论分析值吻合较好，1998年我们首先使用了TSP（Time-Stretched）。脉冲（时间拉伸脉冲）在管内传播，测量声波的相速度和吸收系数，并用结果计算管壁的动弹性模量和动粘度常数。此外，我们还对管道内的声波传播进行了数值模拟。我们还进行了管道内介质为水时的声波传播实验，发现管壁模态以管壁表面的弹性振动为主，管壁模式以内部流体模式为主。结果发现，管壁模式下相速度较快，流体模式下声波吸收较大。但是，对于这两种模式，在速度色散区域，声波吸收都是这个值未来需要对驱动源和波接收传感器进行研究，以提高波包传播速度的测量精度。存在速度色散区域。