Математика / Курсовая работа: Моделирование рассеяния плоской упругой продольной волны на упругом однородном изотропном цилиндрическом слое

Курсовая работа: Моделирование рассеяния плоской упругой продольной волны на упругом однородном изотропном цилиндрическом слое

где - волновой вектор, - радиус-вектор, - круговая частота. В дальнейшем временную зависимость для простоты формул опускаем. В цилиндрической системе координат падающая волна может быть представлена в виде:

, (2.1)

где - волновое число равное модулю вектора , , - цилиндрическая функция Бесселя порядка n.

Определим отраженную от цилиндра и возбужденную в полости волны, а также найдем потенциалы смещений внутри слоя.

Вектор смещения в однородных изотропных средах также будет иметь всего две отличные от нуля компоненты:

Отраженная, возбужденная упругие волны, а также волны внутри однородного слоя являются решениями уравнений Гельмгольца. Причем их потенциалы также удовлетворяют уравнениям Гельмгольца и не зависят от координаты z. Следует иметь в виду, что вектор-функция будет иметь лишь одну отличную от нуля компоненту , то есть .

Отраженная волна должна удовлетворять условиям излучения на бесконечности:

, (2.2)

а прошедшая волна – условию ограниченности. Поэтому потенциалы смещений этих волн будем искать в виде:

- для отраженной волны:

, (2.3)

- для возбужденной волны:

, (2.4)

- для волны внутри слоя:

(2.5)

где , , , , , - волновые числа.

Заметим, что представления (2.3) - (2.5) можно получить, применив метод разделения переменных к уравнениям Гельмгольца для потенциалов в цилиндрической системе координат от двух переменных. Мы получим функции вида:

Для того, чтобы потенциал отраженной волны удовлетворял условию излучения на бесконечности, необходимо в качестве цилиндрической функции Бесселя выбрать цилиндрическую функцию Ханкеля первого рода , в этом случае потенциалу соответствует расходящейся волне с учетом того, что временной множитель выбран в виде . Для того, чтобы потенциал прошедшей волны удовлетворял условию ограниченности, необходимо в качестве цилиндрической функции Бесселя выбрать цилиндрическую функцию Бесселя первого рода . - цилиндрическая функция Неймана.

Коэффициенты подлежат определению из граничных условий, которые заключаются в непрерывности смещений и напряжений на обеих поверхностях упругого слоя. Имеем:

при : , , , ;