- Код статьи
- S30344980S0130308225080029-1
- DOI
- 10.7868/S3034498025080029
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 8
- Страницы
- 16-27
- Аннотация
- Получено обобщение аналитического выражения для скорости волны Рэлея в алгебраической форме, а также приведены формулы с тригонометрическими и гиперболическими функциями, не содержащие кубических радикалов. Рассмотрено их применение на примере вычисления производной рэлеевского определителя в задачах возбуждения и дифракции поверхностных акустических волн в однородном изотропном упругом полупространстве, допускающих решение для полей деформаций и напряжений в виде квадратур. Также рассмотрены приближенные формулы Бергмана, Несвижского, Вина—Малишевского и предложены более оптимальные их варианты. Полученные результаты могут помочь в построении и анализе аналитических выражений, позволят уменьшить время расчета на этапе численного решения задачи возбуждения и распространения акустических волн, а также существенно снизить погрешность измерений в дефектоскопии и неразрушающем контроле качества материалов.
- Ключевые слова
- поверхностные волны скорость волны Рэлея корни характеристического уравнения точное решение приближенная формула
- Дата публикации
- 11.07.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 60
Библиография
- 1. Rayleigh L. On Waves Propagated along the Plane Surface of an Elastic Solid // Proceedings of the London Mathematical Society. 1885. V. s1—17. Is. 1. P. 4—11. DOI: 10.1112/plms/s1-17.1.4
- 2. Husson D., Bennett S.D., Kino G.S. Rayleigh Wave Measurement of Surface Stresses in Stainless Steel Piping / In: C.O. Ruud, R.E. Green (eds.). Nondestructive Methods for Material Property Determination. Springer, Boston: MA, 1984. P. 365—375. DOI: 10.1007/978-1-4684-4769-9_29
- 3. Хлыбов А.А., Углов А.Л., Родошкин В.М., Каталогов Ю.А., Каталогов О.Ю. Определение механических напряжений с помощью поверхностных волн Ралея, возбуждаемых магнитоакустическим преобразователем // Дефектоскопия. 2014. № 12. С. 3—10. DOI: 10.1134/S1061830914120055
- 4. Hughes J.M., Vidler J., Khanna A., Mohabuth M., Kotousov A., Ng C.-T. Measurement of Residual Stresses in Rails Using Rayleigh Waves. Advances in Mechanics: Failure, Deformation, Fatigue, Waves and Monitoring / Proc. 11th International Conference on Structural Integrity and Failure. 2018. P. 160—164. DOI: 10.1177/1475921718798146
- 5. Ceccardi D.I. Ultrasonic Instrumentation: Principles, Methods and Applications // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1983. V. 16. P. 181—189. DOI: 10.1088/0022-3735/16/3/001
- 6. Singer F. Laser-Ultrasonic Measurement of Elastic Properties of Anodized Aluminum Coatings // Physics Procedia. 2015. V. 70. P. 334—337. DOI: 10.1016/j.phpro.2015.08.219
- 7. Ono K. Review on Structural Health Evaluation with Acoustic Emission // Appl. Sci. 2018. V. 8. P. 958. DOI: 10.3390/app8060958
- 8. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма PAH, 1996. 184 c.
- 9. Hess P. Surface Acoustic Waves in Materials Science // Physics Today. 2002. V. 55. Is. 3. P. 42—47. DOI: 10.1063/1.1472393
- 10. Гуляев Ю.В., Плесский В.П. Распространение поверхностных акустических волн в периодических структурах // Успехи физических наук. 1989. Т. 157. Вып. 1. С. 85—127.
- 11. Карабутов А.А. Лазерное возбуждение поверхностных акустических волн: новое направление в оптико-акустической спектроскопии твердого тела // Успехи физических наук. 1985. Т. 147. № 3. С. 605—620.
- 12. Гуляев Ю.В., Дикитейн И.Е., Шаров В.Г. Поверхностные магнитоакустические волны в магнитных кристаллах в области ориентационных фазовых переходов // Успехи физических наук. 1997. Т. 167. № 7. С. 735—750.
- 13. Гуревич С.Ю., Петров Ю.В., Голубев Е.В. Экспериментальные исследования по лазерной генерации поверхностных акустических волн в ферромагнитных // Дефектоскопия. 2004. № 2. С. 47—52.
- 14. Cheeke J.D.N. Fundamentals and Applications of Ultrasonic Waves. CRC Press LLC, 2002. 452 p.
- 15. Jian X., Dixon S., Guo N., Edwards R. Rayleigh Wave Interaction with Surface-Breaking Cracks // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. Is. 6. P. 064906. DOI: 10.1063/1.2435803
- 16. Fan Y., Dixon S., Edwards R.S., Jian X. Ultrasonic Surface Wave Propagation and Interaction with Surface Defects on Rail Track Head // NDT & E International. 2007. V. 40. Is. 6. P. 471—477. DOI: 10.1016/j.ndteint.2007.01.008
- 17. Rosli M.H., Fan Y., Edwards R.S. Analysis of Rayleigh Wave Interactions for Surface Crack Characterization // AIP Conf. Proc. 2012. V. 1430. Is. 1. P. 209—216. DOI: 10.1063/1.4716232
- 18. He C., Deng P., Lu Y., Liu X., Liu Z., Jiao J., Wu B. Estimation of Surface Crack Depth using Rayleigh Waves by Electromagnetic Acoustic Transducers // International Journal of Acoustics and Vibration. 2017. V. 22. No. 4. P. 541—548. DOI: 10.20855/jiav.2017.22.4501
- 19. Dang P.H., Thoa L.D., Hung L.Q., Kien D.D. Investigation of Rayleigh Wave Interaction with Surface Defects // Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE) — HUCE. 2019. V. 13. No. 3. P. 95—103. DOI: 10.31814/stce.nuce2019-13(3)-09
- 20. Eрмолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. 240 c.
- 21. Eрмолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Неразрушающий контроль. Кн. 2. Акустические методы контроля: практ. пособие. М.: Высш. шк., 1991. 283 c.
- 22. Cernadas D., Trillo C., Doval A.F., López J.C., Dorrio B.V., Fernández J.L., Pérez-Amor M. Nondestructive Testing with Surface Acoustic Waves using Double-Pulse TV Holography // Meas. Sci. Technol. 2002. No. 13. P. 438—444. DOI: 10.1088/0957-0233/13/4/303
- 23. Пузырев Н.Н. Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию. Новосибирск: СО РАН НИЦ ОИГГМ, 1997. 301 c.
- 24. Novotny O. Seismic Surface Waves. Salvador, Bahia, 1999. 155 p.
- 25. Xia J., Nyquist J.E., Xu Y., Roth M.J.S., Miller R.D. Feasibility of Detecting Near-Surface Feature with Rayleigh-Wave Diffraction // Journal of Applied Geophysics. V. 62. Is. 3. 2007. P. 244—253. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2006.12.002
- 26. Meirion F.L. Rayleigh Waves — a Progress Report // Eur. J. Phys. 1995. V. 16. P. 1—7.
- 27. Lonsdale A., Saunders M.J.B. Strain Measurement With Surface Acoustic Wave (SAW) Resonators. In: Sensors and Actuators. London: CRC Press, 1999. 256 p. DOI: 10.1201/9781003076964-3
- 28. Mizutani K., Wakatsuki N., Ebihara T. Introduction of Measurement Techniques in Ultrasonic Electronics: Basic Principles and Recent Trends // Japanese Journal of Applied Physics. 2016. V. 55. 07KA02. 16 p. DOI:10.7567/JJAP.55.07KA02
- 29. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VII. Теория упругости. М.: Наука, 1987. 248 c.
- 30. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966. 168 c.
- 31. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 287 c.
- 32. Можаев В.Г. Приближенные аналитические выражения для скорости волн Рэлея в изотропных средах и на базисной плоскости в высокосимметричных кристаллах // Акустический журнал. 1991. Т. 37. Вып. 2. С. 368—374.
- 33. Rahman M., Barber J.R. Exact Expressions for the Roots of the Secular Equation for Rayleigh Waves // Journal of Applied Mechanics. 1995. V. 62. P. 250—252. DOI: 10.1115/1.2895917
- 34. Herbison-Evans D. Solving Quartics and Cubics for Graphics. Technical Report TR94-487. 1994. (Updated 31 March 2011, 27 May 2017, 13 January 2019). DOI: 10.1016/b978-0-12-543457-7.50009-7
- 35. Cardano G. Artis Magnae, Sive de Regulis Algebraicis Liber Unus. Nurmberg, 1545. 302 p. (in Latin).
- 36. Stedall J. From Cardano’s Great Art to Lagrange’s Reflections. Filling a Gap in the History of Algebra. Heritage of European Mathematics. Zurich: European Mathematical Society (EMS), 2011. 236 p. (German, English). DOI: 10.4171/092
- 37. Zhao T., Wang D., Hong H. Solution Formulas for Cubic Equations without or with Constraints // J. Symb. Comput. 2011. V. 46. P. 904—918. DOI: 10.1016/j.jsc.2011.02.001
- 38. Nkemzi D.A. New Formula for the Velocity of Rayleigh Waves // Wave Motion. 1997. V. 26. P. 199—205. DOI: 10.1016/s0165-2125(97)00004-8
- 39. Malischewsky P.G. Comment to “A New Formula for the Velocity of Rayleigh Waves” by D. Nkemzi [Wave Motion 26 (1997) 199—205] // Wave Motion. 2000. V. 31. P. 93—96. DOI: 10.1016/s0165-2125(99)00025-6
- 40. Malischewsky P.G. Some Special Solutions of Rayleigh’s Equation and the Reflections of Body Waves at a Free Surface // Geofisica Internacional. 2000. V. 39. Is. 2. P. 155—160. DOI: 10.22201/igeof.00167169p.2000.39.2.272
- 41. Malischewsky P.G. A Note on Rayleigh-Wave Velocities as a Function of the Material Parameters // Geofisica Internacional. 2004. V. 43. No. 3. P. 507—509. DOI: 10.22201/igeof.00167169p.2004.43.3.955
- 42. Mechkour H. The Exact Expressions for the Roots of Rayleigh Wave Equation. BSG Proceedings 8, Geometry Balkan Press, 2003. P. 96—104.
- 43. Гуревич С.Ю., Голубев Е.В. Замечание о вычислении скорости волны Рэлея и производной определителя Рэлея в упругих средах // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». 2023. Т. 15. № 1. C. 69—75. DOI: 10.14529/mmph230108
- 44. Holmes G.C. The Use of Hyperbolic Cosines in Solving Cubic Polynomials // The Mathematical Gazette. 2002. V. 86. No. 507. P. 473—477. DOI: 10.2307/3621149
- 45. Nickalls R.W.D. A New Approach to Solving the Cubic: Cardan’s Solution Revealed // The Mathematical Gazette. 1993. V. 77. P. 354—359. DOI: 10.2307/3619777
- 46. Коломенский А.А., Мазиев А.А. Поверхностные отклики при лазерном воздействии на твердое тело: рэлеевские волны и предвестники // Акустический журнал. 1990. Т. 36. № 3. C. 463—469.
- 47. Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 c.
- 48. Pichugin A. Approximation of the Rayleigh Wave Speed. People.Brunel.Ac.Uk (Unpublished draft). 2008. P. 1—5. http://people.brunel.ac.uk/~mastaap/draft06rayleigh.pdf
- 49. Гуревич С.Ю., Кожевников Д.Г., Голубев Е.В. О корнях характеристического уравнения Рэлея при рациональных значениях параметра // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». 2024. Т. 16. № 1. C. 56—59. DOI: 10.14529/mmph240107
- 50. Bergmann L. Ultrasonics and their Scientific and Technical Applications. G. Bell and Sons Limited, 1938. 264 p.
- 51. Nesvijski E.G. On Rayleigh Equation and Accuracy of Its Real Roots Calculations // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2001. V. 14. Is. 5. P. 356—364. DOI: 10.1106/63UT-R7QM-6T7F-FRJQ
- 52. Vinh P.C., Malischewsky P.G. Improved Approximations of the Rayleigh Wave Velocity // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2008. V. 21. Is. 4. P. 337—352. DOI: 10.1177/0892705708089479
- 53. Vinh P.C., Malischewsky P.G. Explanation for Malischewsky’s Approximate Expression for the Rayleigh Wave Velocity // Ultrasonics. 2006. V. 45. Is. 1—4. P. 77—81. DOI: 10.1016/j.ultras.2006.07.001