350 rub
Journal Nonlinear World №10 for 2009 г.
Article in number:
Model Equations for Essentially Nonlinear Longitudinal Strain Waves
Authors:
A.V. Porubov
Abstract:
Sometimes dynamical strain processes turn out essentially nonlinear due to an influence of an internal structure of material. Then truncated power series in strains cannot be used in this case contrary to the weakly nonlinear case. Nevertheless they are formally used, in particular, for description of strains in seismic media and in paramagnetic crystals. The sources of abnormal nonlinearity are the presence of components with contrasting properties in the former case and an influence of magnetic field in the latter one. Some experimental data is presented to justify formal use of the truncated power series ex-pansions for description of essentially nonlinear processes. It is shown that model equation for essentially nonlinear longitudinal strain waves is of the same form for different media while transition from weakly nonlinear statement of the problem to the essentially nonlinear one gives rise to only one additional nonlinear term in the model equation. Its exact solutions allow us to define conditions of the strain localization using known values of the parameters of the models. An important feature of the solution of the model equation is simultaneous existence of compression and tensile strain waves. This is impossible in the weakly nonlinear case.
Pages: 796-801
References
  1. Лурье А.И.  Нелинейная теория упругости.  М.: Наука. 1980.
  2. Новожилов В.В. Основы нелинейной теории упругости. М.: УРСС. 2003.
  3. Murnaghan  F.D. Finite Deformations of an Elastic Solid. New York. J. Wiley. 1951.
  4. Maugin G.A.  Nonlinear Waves in Elastic Crystals. UK: Oxford University Press. 1999.
  5. Островский Л.А., Потапов А.И.  Введение в теорию модулированных волн. М.: Физматлит. 2003.
  6. Ерофеев В.И., Клюева Н.В. Солитоны и нелинейные периодические волны в стержнях, пластинах и оболочках // Акустический журнал. 2002. Т. 48. С. 725-740.
  7. Ерофеев В.И., Кажаев В.В., Семерикова Н.П. Волны в стержнях. Дисперсия Диссипация. Нелинейность. М.: Физматлит. 2002.
  8. Porubov A.V. Amplification of nonlinear strain waves in solids. Singapore. World Scientific.  2003.
  9. Samsonov A.M. Strain soltons in solids and how to construct them. Chapman \& Hall/CRC. 2001.
  10. Hao H.-Y., Maris H.J. Experiments with acoustic solitons in crystalline solids // Phys. Rev. B. 2001. Р. 64, 064302.
  11. Hao H.-Y., Maris H.J. Study of Phonon Dispersion in Silicon and Germanium at long wavelengths using picosecond ultrasonics // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. Р. 5556-5559.
  12. Hao H.-Y., Maris H.J. Dispersion of the long-wavelength phonons in Ge, Si, Ga As, quartz, and sapphire // Phys. Rev. B. 2001.
    V. 63. Р. 224301.
  13. Erofeev V.I. and Potapov A.I. Longitudinal strain waves in non-linearly elastic media with couple stresses // Int. J. Nonl. Mech. 1993. V. 28. Р. 483-488.
  14. Engelbrecht J.  and Braun M.  Nonlinear waves in nonlocal media // Appl. Mech. Rev. 1998. V. 51. P. 475-488.
  15. Porubov A.V. and Pastrone F. Nonlinear bell-shaped and kink-shaped strain waves in microstructured solids // Intern. J. Nonl. Mech. 2004. V. 39. P. 1289-1299.
  16. Ерофеев В.И. Волновые процессы в твердых телах с микроструктурой. М: Изд-во. Моск. ун-та. 1999.
  17. Быков В.Г. Нелинейные волновые процессы в геологических средах. Владивосток: Дальнаука. 2000.
  18. Николаевский В.Н. Вязкоупругость с внутренними осцилляторами как возможная модель сейсмоактивной среды // ДАН СССР. 1985. Т. 283. С. 1321-1324.
  19. Bogdan M. and Kosevich A.Interaction of moving solitons in a dispersive medium and regimes of their radiationless motion // Proc. Estonian Acad. Sci. Phys.Math. 1997. V. 46. Р. 14-23.
  20. Engelbrecht J., Berezovsky A., Pastrone F., and Braun M. Waves in microstructured materials and dispersion // Philos. Mag. 2005. V. 85. Р. 4127-4141.
  21. Савин Г.Н., Лукашев А.А., Лыско Е.М., Веремеенко С.В., Агасьев Г.Г.  Распространение упругих волн в континууме Коссера со стесненным вращением частиц // Прикладная механика. 1970. Т. 6. Вып. 6. С. 37-41.
  22. Руденко О.В.  Гигантские нелинейности структурно неоднородных сред и основы методов нелинейной диагностики // УФН. 2006. Т. 176. С. 80-96.
  23. Зайцев В.Ю., Назаров В.Е., Таланов В.И. «Неклассические» проявления микротруктурно-обусловленной нелинейности: новые возможности для акустической диагностики // УФН. 2006. Т. 176. С. 97-102.
  24. Беляева И.Ю., Зайцев В.Ю., Островский Л.А. Нелинейные акустоупругие свойства зернистых сред // Акустический журнал. 1993. Т. 39. С. 25-32.
  25. Беляева И.Ю.,Беляева И.Ю., Зайцев В.Ю., Островский Л.А., Сутин А.М. Упругий нелинейный параметр как информативная характеристика в задачах сейсморазведки // Изв. АНССР: ФизикаЗемли. 1994. №10. С. 39-46.
  26. Nazarov V. and Sutin A.M. Nonlinear elastic constants of solids with cracks // JASA. 1997. V. 102. С. 3349-3354.
  27. Winkler K.W., Liu X. Measurements of third-order elastic constants in rocks // JASA. 1996. V. 100. С. 1392-1398.
  28. Шалашов Г.М.  Кросс-модуляция фкустических волн на кубической нелинейности твердых тел // Акустический журнал. 1984. Т. 30. С.386-390.
  29. Kailash, Raju K.M., Shrivastava S.K., Kushwaha K.S. Anharmonic properties of rocksalt structure solids // Physica B. 2007. V. 390. Р. 270-280.
  30. Barsch G.R. Higher order elastic constants and non-linear stress-strain relation for  // Solid State Comm. 1974. V. 14. Р. 983-987.
  31. Testardi L.R. Harmonic-Phonon Generation by Shear Waves in  // Phys. Rev. Lett. 1973. V. 31. Р. 37-40.
  32. Бугай А.Н., Сазонов С.В. О влиянии поперечных возмущений на распространение пикосекундных акустических импульсов в парамагнитном кристалле // ФТТ. 2005. Т. 47. Р. 1839-1845.
  33. Бугай А.Н., Сазонов С.В. Солитоноподобные режимы распространения пикосекундных акустических импульсов в парамагнитном кристалле // ФТТ. 2007. Т. 49. С. 113-120.
  34. Porubov A.V. and Maugin G.A. Longitudinal strain solitary waves in presence of cubic nonlinearity // Intern. J. Nonl. Mech. 2005. V. 40. Р. 1041-1048.
  35. Porubov A.V. and Maugin G.A., Propagation of localized longitudinal strain waves in a plate in presence of cubic nonlinearity // Phys. Rev. E. 2006. V. 74. Р. 046617.
  36. Porubov A.V. and Maugin G.A. Improved description of longitudinal strain solitary waves // J. of Sound and Vibration. 2008. V. 310/3. Р. 694-701.
  37. Pnevmatikos St., Flytzanis N., and Remoissenet M. Soliton dynamics of nonlinear diatomic lattices // Phys. Rev. B. 1986. V. 33.
    Р. 2308-2311.
  38. Смагин В.В. , Борич М.А., Танкеев А.П., Журавлев А.С. Нелинейные акустические локализованные волны в твердых телах // ФММ. 2008. Т. 106. №1. С. 26-35.
  39. Grimshaw R., Pelinovsky E. and Talipova T. The modified Korteweg- de Vries equation in the theory of large-amplitude internal waves // Nonl. Proc. Geophys. 1997. No. 4. Р. 237-250.
  40. Горшков К.А., Островский Л.А., Соустова  И.А. Точные и приближенные N-солитонные решения уравнения Гарднера // Изв. академии инженерных наук. 2005. Т. 14. С. 113-122.