表面波与淹没水平粘弹性薄板的相互作用

由 ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:25
文章英文标题
Surface wave interactions with submerged horizontal viscoelastic sheets
正文
本研究从实验和分析两方面研究了不同流变特性的淹没水平粘弹性薄板的表面波相互作用。在实验中，我们采用了Sree等 等较早报道的掺油聚二甲基硅氧烷( PDMS )材料制备具有不同流变性能的有限长粘弹性片材的新进展。( 2017，2018 )。利用超声波传感器在不同位置对淹没粘弹性薄板的反射和透射行为进行量化。实验结果表明，波片相互作用是复杂的。淹没板区域的波型明显取决于其流变特性。对于较大的淹没度，沿薄板方向发展了以低阶模态为主的驻波模式，对于较短周期波，通过薄板区域的透射波能量明显降低。当柔性薄板保持在接近平均水位( MWL )时，几乎完全切断(波能传输减少99 % )，而刚性薄板则记录波能传输减少50 - 90 %。在小振幅水波理论假设下也进行了分析研究。基于Voigt模型的粘弹性表示对薄板进行了建模，并利用区域匹配技术求解了解析问题。通过与实验结果的对比分析，可以很好地预测表面波剖面和板料位移。然而，由于固定端部条件的假设，位移幅值被低估。表面波频散关系的预测对于周期较短的波也与实验结果吻合较好，但对于周期较长的波，两者相差较大。此外，实验结果相对于波反射高达一个数量级。因此，需要在今后的分析中进一步改进，以更好地表征淹没粘弹性薄板的表面波相互作用。
文章内容（英文）
In this study, the surface wave interactions with submerged horizontal viscoelastic sheets of varying rheological properties are investigated both experimentally and analytically. In the experiments, we adopt the novel development in preparing finite length viscoelastic sheets with different rheological properties using oil-doped polydimethylsiloxane (PDMS) materials reported earlier in Sree et al. (2017, 2018). The wave interactions with the submerged viscoelastic sheets are quantified using ultrasonic sensors at different locations in terms of the reflection and transmission behavior. The experimental results show that the wave-sheet interactions are complex. The wave pattern at the submerged sheet region significantly depends on its rheological properties. For larger submergence, a standing wave pattern with primarily lower order modes develops along the sheet with a significant reduction of transmitted wave energy past the sheet region for shorter period waves. An almost complete cutoff (up to 99% reduction in wave energy transmission) occurs with the flexible sheet held close to the mean water level (MWL), while 50-90% reduction in wave energy transmission is recorded with the stiffer sheets. An analytical study is also carried out under the assumption of small amplitude water wave theory. The sheet is modeled based on the viscoelastic representation of the Voigt model and the analytical problem is solved using the domain matching technique. The profiles of surface wave as well as sheet displacement are well predicted by the analysis compared to the experimental measurements. However, the displacement amplitude is underestimated due to the fixed end conditions assumed. The predicted dispersion relation for the surface waves also agrees well with the experimental results for the shorter period waves, however larger discrepancies are observed with longer wave periods. In addition, the experimental results are up to one order of magnitude higher with respect to wave reflection. Thus, further improvement is needed in the future for the analysis to better represent the surface wave interactions with submerged viscoelastic sheets.L
来源出处
Journal|[J]Applied Ocean ResearchVolume 107, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/J.APOR.2020.102483

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