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二维圆盘颗粒体系声学行为的数值研究

Numerical study on acoustic behavior of two-dimensional granular system

作     者:刘晓宇 张国华 孙其诚 赵雪丹 刘尚 Liu Xiao-Yu;Zhang Guo-Hua;Sun Qi-Cheng;Zhao Xue-Dan;Liu Shang

作者机构:北京科技大学物理系北京100083 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 

出 版 物:《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期:2017年第66卷第23期

页      面:208-215页

核心收录:

学科分类:07[理学] 082403[工学-水声工程] 08[工学] 070206[理学-声学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0702[理学-物理学] 

基  金:国家自然科学基金(批准号:11272048 11572178 91634202)资助的课题 

主  题:颗粒物质 声速 非线性 声衰减 

摘      要:数值测量了卸载过程中二维单分散圆盘颗粒系统的横波、纵波声速、声衰减系数、非线性系数随压强的变化以及声衰减系数随频率的变化.结果表明,二维(2D)圆盘颗粒体系的横波、纵波声速均随压强呈分段幂律标度:当压强P10^(-4)时,有v_t^P^(0.202),v_l^P^(0.338).进一步得到其剪切模量和体积模量的比值G/B也随压强呈幂律标度,G/B^P^(-0.502),暗示在低压强下,与三维(3D)球形颗粒体系类似,2D圆盘颗粒体系也处于L玻璃态.水平激励和垂直激励下2D圆盘颗粒系统的衰减系数随频率变化也呈现分段行为:当频率f0.05时,横波纵波的衰减系数α~f;当f0.35时,横波衰减系数α_T^f^2,纵波衰减系数α_L^f^(1.5).此外,竖直水平激励下的2D圆盘颗粒系统的非线性系数和衰减系数随压强也呈现与声速类似的分段规律:当P10^(-4)时,两者均随压强增大呈幂律减小:β_T^P^(-0.703),β_L^P^(-0.684),α_T^P^(-0.099),α_L^P^(-0.105).进而得到2D圆盘颗粒系统中散射相关的特征长度?~*随压强呈幂律标度,当P10^(-4)时,?~*~P^(0.236).

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