تحليل حاسوبي للسطح البيني للصلب والمائع باستخدام الاستشعار الصوتي عن بعد

Abstract

يقدم هذا البحث تحليلًا حاسوبيًا للسطح البيني بين المواد الصلبة والموائع باستخدام الاستشعار الصوتي عن بعد. تتمتع تطبيقات دراسة التفاعلات بين الموائع والمواد الصلبة بمزايا كبيرة، حيث يمكن أن تقلل الاهتزازات الصوتية بنسبة تصل من 20-40% في تطبيقات صناعية معينة. تم استخدام برنامج كومسول المتخصص في المحاكاة العددية لتطبيق نظرية Biot في دراسة انعكاس الموجات الصوتية المستوية عند الواجهات ثنائية الطبقة. تضمنت طريقة العمل تصميم نماذج للسطح البيني وتحليل تأثير التردد وزوايا السقوط المائلة على مقدار التوهين الصوتي. أظهرت نتائج البحث أن معامل الانعكاس يتراوح بين 0.8 و0.9 عند ترددات منخفضة (10-100 هرتز) ويقل تدريجيًا مع الترددات الأعلى. على سبيل المثال، أظهرت الأسطح البينية بين الماء والحجر الجيري وبين الهواء والفولاذ المقاوم للصدأ أنماطًا مختلفة من الانعكاس. كذلك وجد أن النفاذية والمسامية وزاوية السقوط من المتغيرات المهمة التي تؤثر على منحنى معامل الانعكاس. علاوة على ذلك، عند ترددات مختلفة تتراوح بين 10 هرتز و10 كيلو هرتز، ظهر أن المواد مثل كربيد السيليكون تظهر تغيرًا طفيفًا في معامل الانعكاس لا يتجاوز 5%، في حين أن الرمل أظهر زيادة بنسبة 20% عند الزوايا المائلة. تسهم هذه النتائج في تحسين تصميم المواد العازلة، حيث أظهرت الدراسة أن معامل الانعكاس يتراوح بين 0.8 عند زاوية سقوط صفر درجة وتردد 100 هرتز، وينخفض تدريجيًا ليصل إلى حوالي 0.4 عند زاوية سقوط 80 درجة وتردد 10 كيلو هرتز. يوضح هذا الانخفاض تأثير زوايا السقوط والترددات المختلفة على قدرة المادة في تقليل الاهتزازات الصوتية مما يوفر أساسًا لتصميم مواد متقدمة. وبناء على نتائج البحث، يمكن استخلاص استنتاجات مهمة حول التأثير الكبير لأوساط الانتشار على شكل منحنى معامل الانعكاس وكذلك التأثير النسبي للنفاذية والمسامية وزاوية السقوط.