Моделирование процесса распространения нормальных волн Лэмба в пористых листах терморасширенного графита

Аннотация

С целью обоснования адекватности методики определения динамических упругих модулей пористых листов терморасширенного графита с использованием нормальных мод волн Лэмба в низкочастотном приближении проведено численное моделирование процесса их распространения. Модель процесса распространения симметричной моды S0 волны Лэмба и горизонтально-поляризованной SH-волны в пористых листах терморасширенного графита реализована в программной среде COMSOL Multiphysics. При моделировании решаются задачи движения пористой среды и закона Дарси в квазистационарном приближении. Использован аналитико-экспериментальный подход, согласно которому в модель закладываются упругие модули среды, полученные экспериментально в рамках теории упругости твердого тела, а адекватность методики оценивается по полученным в ходе моделирования результатам определения скоростям нормальных волн. Разработанная модель и исследованные на ее основе закономерности распространения нормальных волн мод S0 и SH в пористых листах терморасширенного графита показали качественное совпадение с результатами экспериментальных эхограмм по форме импульсов и последовательности появления волновых мод, что говорит о корректности описания физики процесса распространения волн в листах ТРГ. Динамические упругие модули, полученные экспериментально в рамках теории упругости и использованные далее при моделировании уравнений движения пористых сред, показали количественное совпадение по скоростям нормальных S0- и SH-волн в широком диапазоне значений параметров Дарси пористой среды и при пренебрежении фильтрационными эффектами, что говорит об адекватности предложенной экспериментальной методики оценки модулей упругости по скоростям S0- и SH-волн в низкочастотном приближении и возможности ее использования для анализа механических характеристик пористых листовых материалов. Расхождения в результатах оценки скоростей нормальных волн, полученных экспериментально и в ходе моделирования, не превышают 1 %. Результаты экспериментальной оценки коэффициента Пуассона, подтвержденные результатами моделирования, показали наличие ауксетических свойств листов ТРГ в поперечном направлении плоскости проката, что подтверждено с использованием явления акустоупругости.