Scholte waves on fluid-solid interfaces by means of an integral formulation

ResumenEl presente trabajo muestra la propagación de ondas de interfaz de Scholte en la frontera de un medio acústico (fluido) en contacto con un medio sólido elástico, para una gama amplia de materiales sólidos. Se ha demostrado que mediante un análisis de ondas difractadas en un fluido, es posible inferir las propiedades mecánicas del medio sólido elástico, específicamente, sus velocidades de propagación. Con este fin, el campo difractado de presiones y desplazamientos, debido a una onda de presión inicial en el fluido, son expresados empleando representaciones integrales de frontera, las cuales satisfacen la ecuación de movimiento. La fuente en el fluido es representada por una función de Hankel de segunda especie y orden cero. La solución a este problema de propagación de onda es obtenida por medio del Método Indirecto de Elementos Frontera, el cual es equivalente al bien conocido teorema de representación de Somigliana. La validación de los resultados se lleva a cabo usando el Método del Número de Onda Discreto y el Método de Elementos Espectrales. Primeramente, presentamos espectros de presiones que ilustran el comportamiento del fluido para cada material sólido considerado, después, mediante la aplicación de la Transformada Rápida de Fourier se presentan resultados en el dominio del tiempo, mediante simulaciones numéricas que muestran la emergencia de las ondas de Scholte.

The present work shows the propagation of Scholte interface waves at the boundary of a fluid in contact with an elastic solid, for a broad range of solid materials. It has been demonstrated that by an analysis of diffracted waves in a fluid it is possible to infer the mechanical properties of the elastic solid medium, specifically, its propagation velocities. For this purpose, the diffracted wave field of pressures and displacements, due to an initial wave of pressure in the fluid, are expressed using boundary integral representations, which satisfy the equation of motion. The source in the fluid is represented by a Hankel’s function of second kind and zero order. The solution to this wave propagation problem is obtained by means of the Indirect Boundary Element Method, which is equivalent to the well-known Somigliana representation theorem. The validation of the results is carried out by using the Discrete Wave Number Method and the Spectral Element Method. Firstly, we show spectra of pressures that illustrate the behavior of the fluid for each solid material considered, then, we apply the Fast Fourier Transform to show results in time domain. Snapshots to exemplify the emergence of Scholte’s waves are also included.