近年来,冲击波作为一种常见的力学波,在各种颗粒介质中传播时的能量衰减问题吸引了许多科研人员的目光,其中一维单一颗粒链是研究颗粒物质最基础的模型[5-6],它得到了许多科学家的关注和研究[7-9]。在一维单一颗粒链中,颗粒间的接触作用都遵循Hertz定律,在水平放置的颗粒链中,冲击波在该体系中以孤立波的形式进行传播;在垂直放置的颗粒链中,冲击波在该体系中以谐振波和准孤波的形式传播,这种孤立波与水波中弱的非线性KDV孤子有着很大的差别,孤立波有相当强的非线性特性。1984年美国加州大学教授Nesterenko首次提出,用长波近似的方法来描述孤立波在一维单一颗粒链中的转播特性[10],在此之后,Lindenberg又提出了用来简化颗粒间作用力的二体碰撞模型,这种方法与之前的连续性近似法有所不同,该方法仅适合应用在体系中传播的孤立波的波包跨度在2个颗粒以内的情形,然而当体系中传播的孤立波的跨度包含更多颗粒时,则更适合应用连续性模型。79966
目前,广大科研工作者对颗粒体系的研究主要集中在一维颗粒链,而对二维颗粒链鲜有研究。其中,一维颗粒链是由弹性粒子所构成的最简单的颗粒体系,它表现出许多奇特的现
象[11-14]。Manciu的研究表明,在单一颗粒链的预压缩为零的情况下,两个相同幅度的孤立波相向而行,发生碰撞时,碰撞中心的颗粒保持原有状态,而相邻的其他颗粒则产生振荡,进而产生一系列幅度衰减的子波[15]。而对于两个不同幅度的孤立波而言,相向而行的孤立波在碰撞过程中,大幅度的孤立波获得能量,小幅度的孤立波损失能量;对于相互追及的孤立波而言,情况恰好相反[16-17]。近年来也有人研究了二维系统中孤立波的传播特性[1820],尤其是对以固定分支角度排列对对称Y型结构的颗粒组成的系统进行了研究。有研究表明,高度非线性孤立波可以沿着弯曲的轨迹传播,并在Y型交界处分裂。在由相同材料的球形颗粒组成的Y型颗粒系统中,孤立波的传播特性依赖于分支角度[21]。最近,Y型颗粒物质已被提出来论文网
实现声逻辑门,因此很多人对Y型颗粒系统以及其衍生系统的研究产生了极大的兴趣,那么本文将会以非对称Y型颗粒链为基本模型并运用创新性思维,对其中孤立波的传播特性进行更广泛和深入的理论研究。
根据孤立波在颗粒链中的传播特性,我们可以想到可以根据这些特性,使颗粒物质在实际生产生活中得到广泛和便捷的应用。我们首先能够想到的就是运用孤立波在颗粒物中的传播对体系中的杂质进行探测,当系统激发孤立波后孤立波即在颗粒物质中传播,如果颗粒物质中的颗粒均匀分布,则孤立波将沿着一定的方向继续传播,若遇到杂质颗粒,则可能使孤立波在传输的过程中发生能量衰减的现象,并在遇到杂质颗粒后发生反射或透射现象。总的来说,可以根据孤立波在颗粒链中的传播现象,如:孤立波的透射和反射特点来确定杂质的性质。另外,由板块断层和断层泥构成的地壳岩石层,可以看做是一个大尺度的离散颗粒系统,每一个岩石层快都作为单一颗粒在体系中运动,体系中的力以力链的形式分布并传递。因此我们可以根据声波在颗粒物质中的传播特性,用声波探测技术探测地壳层的结构,建立实时更新的数据库来反映地壳运动状况。并可根据声波传回的数据预测地壳的运动趋势,对地震的前兆信息进行分析,起到预测预防地震的效果。
随着科学发展的深入研究,许多基本理论被运用到实际中,为改善人类的生产生活起到了极其重要的作用,当然颗粒物质中的声传播的特性也会被广泛运用到生活中。