Преобразование режима
Трансформация волны на границе раздела
Падающая продольная волна (L1) отражается и передается на границе раздела двух твердых тел как продольная волна (L1' и L2), а также частично как поперечная волна (S1 и S2).

Преобразование мод — это преобразование волны на границе раздела в другие типы волн ( моды ). [1] [2]

Принцип

Преобразование мод происходит, когда волна встречает границу раздела между материалами с различным импедансом , и угол падения не является нормальным к границе раздела. [1] Таким образом, например, если продольная волна от жидкости (например, воды или воздуха) ударяется о твердое тело (например, стальную пластину), она обычно преломляется и отражается в зависимости от угла падения, но если часть энергии вызывает движение частиц в поперечном направлении, генерируется вторая поперечная волна, которая также может преломляться и отражаться. Закон преломления Снеллиуса можно сформулировать как: [1]

грех ⁡ θ 1 В Л 1 = грех ⁡ θ 2 В Л 2 = грех ⁡ θ 3 В С 1 = грех ⁡ θ 4 В С 2 {\displaystyle {\sin {\theta }_{1}}{{V}_{L1}}}={\frac {\sin {\theta }_{2}}{{V}_{L2}}} = {\frac {\sin {\theta }_{3}}{{V}_{S1}}}={\frac {\sin {\theta }_{4}}{{V}_{S2}}}}

Это означает, что падающая волна разделяется на два различных типа волн на границе раздела. Если мы рассмотрим волну, падающую на границу раздела двух различных твердых тел (например, алюминия и стали), тип волны отраженной волны также разделяется.

Помимо этих простых преобразований мод, падающая волна также может быть преобразована в поверхностные волны . Например, если излучать продольную волну под меньшим углом, чем угол полного отражения, на граничную поверхность, она будет полностью отражена, но в дополнение к этому будет создана поверхностная волна, распространяющаяся вдоль пограничного слоя. Таким образом, падающая волна преобразуется в отраженную продольную и поверхностную волну.

В общем случае преобразования мод не являются дискретными процессами, т.е. часть падающей энергии преобразуется в различные типы волн. Амплитуды (коэффициент пропускания, коэффициент отражения) преобразованных волн зависят от угла падения. [3]

Сейсмические волны

(Продольная) P-волна частично отражается и передается (PSt и PPt) как (поперечная) S-волна (PSr) и (продольная) P-волна (PPr). Номенклатура следующая: первая буква обозначает тип волны причинной волны (первичная волна), а вторая буква — тип вторичных волн, образующихся после преобразования мод.

В сейсмологии волновое преобразование конкретно относится к преобразованию между P и S волнами на разрывах. [4] Объемные волны отражаются и преломляются, когда они сталкиваются с пограничным слоем внутри земли. Здесь P-волны могут быть преобразованы в S-волны (PS-волны) на интерфейсах, а также наоборот (SP-волны). [5] Здесь применяется аналогично для падающей P-волны:

грех ⁡ θ П 1 П 1 = грех ⁡ θ П 1 П П г = грех ⁡ θ П 2 П П т = грех ⁡ θ С 1 П С г = грех ⁡ θ С 2 П С т {\displaystyle {\sin {\theta }_{P1}}{{P}_{1}}}={\frac {\sin {\theta }_{P1}}{{PP}_{r}}} = {\frac {\sin {\theta }_{P2}}{{PP}_{t}}}={\frac {\sin {\theta }_{S1}}{{PS}_{r}}}={\frac {\sin {\theta }_{S2}}{{PS}_{t}}}}

Изменение амплитуд можно описать с помощью уравнений Цепприца .

Ссылки

  1. ^ abc "Mode Conversion". Волны . Университет штата Айова, Центр неразрушающей оценки . Получено 2023-02-03 .
  2. ^ "Руководство по преобразованию мод, его причинам и решениям". Altium . 2022-01-20 . Получено 2023-02-08 .
  3. ^ Роуз, Джозеф Л. (1999). Ультразвуковые волны в твердых средах. Кембридж: Cambridge University Press. С.  54–56 . ISBN 0-521-64043-1. OCLC  40073975.
  4. ^ "Раумвеллен". Lexikon der Geowissenschaften (на немецком языке). Спектр . Проверено 3 февраля 2023 г.
  5. ^ "Registrierung von Erdbeben" (на немецком языке). НАБОР. 08.06.2021 . Проверено 3 февраля 2023 г.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mode_conversion&oldid=1214428457"