Academic literature on the topic 'Onde di Rayleigh'

In questa tesi, viene considerato il problema della diffusione della radiazione eletromagnetica da parte della materia nell’ambito della elettrodinamica classica. La radiazione diffusa verrà studiata nel regime di campo lontano sotto l’ipotesi che i processi di diffusione siano totalmente elastici e che gli eventi di diffusione multipla siano trascurabili. Ci si soffermerà in particolare su come determinare la sezione di diffusione differenziale e totale trattando in maniera più dettagliata il caso in cui la radiazione incidente è non polarizzata ed interagisce con un grande numero di centri diffusori di dimensioni molto più piccole della sua lunghezza d’onda. Come applicazione verrà esaminata la diffusione della luce solare dalla atmosfera.

L’oggetto della tesi è lo studio delle proprietà di dispersione e dei range di frequenza di attenuazione delle onde di superficie di Rayleigh in materiali risonanti, ovvero in metamateriali. Nello specifico sono stati analizzati dal punto di vista analitico e numerico due casi differenti: le Onde di Rayleigh in semispazi risonanti e le Onde di Rayleigh in semispazi risonanti accoppiati con superficie risonanti. Lo studio si concentra nella ricerca e verifica della realizzazione di quelle che sono le proprietà tipiche di un metamateriale per il controllo delle onde, in particolare la generazione di un intervallo di frequenze a propagazione proibita, chiamato band gap, ove le onde superficiali di Rayleigh con frequenze proprie che risultano entro tale intervallo non possono più proseguire la loro propagazione lungo la superficie in quanto vengono o totalmente riflesse o subiscono una conversione modale. Eseguendo poi uno studio parametrico mirato all’analisi di quanto viene ampliato il band gap al variare della massa risonante si dimostra che l’ottimizzazione dell’ampliamento del band gap può essere ottenuta aumentando la massa dei risonatori sulla superficie piuttosto che quella dei risonatori nel semispazio. Ciò permette di fare previsioni sull’utilizzo migliore della massa e una progettazione del band gap mirata a seconda delle condizioni fisiche esistenti e dell'economia delle spese del materiale e di installazione.

In questo elaborato viene analizzato il fenomeno della diffusione di onde elettromagnetiche nell’ambito della elettrodinamica classica. Si considererà il caso, in particolare, di alcune determinate condizioni necessarie per semplificare la trattazione, quali il regime di campo lontano, l’ipotesi che i processi di diffusione siano totalmente elastici, e infine l’ipotesi che gli eventi di diffusone multipla siano trascurabili. In questo modo verrà ricavata un’espressione per la sezione d’urto differenziale e totale e, nello specifico, si considererà un tipo particolare di diffusione, ovvero quella di Rayleigh. Quest’ultima corrisponde al caso in cui i centri di diffusione delle onde elettromagnetiche sono particelle piccole rispetto alla lunghezza d’onda dell’onda stessa. Questo è il caso, ad esempio, dell’atmosfera terrestre: la diffusione di Rayleigh è infatti il fenomeno per il quale la componente maggiormente diffusa dello spettro visibile è il blu, come vedremo emergere chiaramente alla fine della trattazione.

Lo scopo della tesi di laurea magistrale è ricostruire le eterogeneità laterali della struttura della litosfera del continente antartico utilizzando le onde di Rayleigh a diverso periodo (30, 40, 60 e 80s) derivate dall’analisi di rumore sismico. Ho utilizzato le velocità di gruppo relative alle onde di Rayleigh a diverso periodo e di applicare tecniche di inversione lineare ai minimi quadrati: la regolarizzazione di Tikhonov e inversione utilizzando un modello a priori. La regolarizzazione di Tikhonov ha le caratteristiche di: migliorare il modello, rendendo possibile una soluzione di tipo numerico, e di invertire prodotti matriciali quando non lo sono tramite l’aggiunta di un fattore di damping. L’inversione utilizzando un modello a priori è strettamente legata alla matrice di cova- rianza a priori che rappresenta le correlazioni spaziali attese per la struttura geologica in esame. Ho preliminarmente testato l’efficienza degli algoritmi su di un modello sintetico generato mediante un Gaussian random field 2D ed ho poi applicato i metodi ai dati reali. Infine, i risultati ottenuti sono stati confrontati con i sensitivity kernels descritti dal modello globale PREM, al fine di ottenere informazioni sulle principali caratteristiche della litosfera del continente antartico: onde di Rayleigh con periodo corto (30 e 40s) forniscono buone indicazioni sugli strati della crosta, mentre periodi lunghi (60 e 80s), danno indicazioni sulla litosfera e sul mantello superiore. Tutti i codici utilizzati per eseguire i vari processi di inversione e conversione dei dati, sono stati scritti da me nel linguaggio di programmazione Python e riportati in Appendice.

2013/2014
Questa tesi di Dottorato rappresenta la prosecuzione e l'approfondimento delle ricerche che ho iniziato nell'ambito della tesi di Laurea Specialistica in Fisica, nella quale ho studiato a livello numerico e sperimentale le modalità di propagazione di onde di Rayleigh ultrasoniche su superfici metalliche e in mezzi stratificati. Nel presente lavoro di tesi ho approfondito le tecniche di deconvoluzione basate su filtri di Wiener con l'obiettivo di estenderne l'applicazione al trattamento degli ecogrammi ultrasonici caratteristici dei controlli non distruttivi. In questo contesto, ho elaborato una versione ottimizzata dell'algoritmo di spiking deconvolution, che si è dimostrata efficace nelle riduzione del riverbero degli ecogrammi sperimentali. Il lavoro di ricerca relativo al trattamento del segnale è stato complementato da uno studio sperimentale che mi ha consentito di approfondire alcuni aspetti fondamentali della fisica e della tecnologia degli ultrasuoni. In particolare, ho dedicato una parte consistente del lavoro di ricerca alla costruzione e all'ottimizzazione di sonde a ultrasuoni per la generazione di onde longitudinali e di Rayleigh; ho potuto selezionare i materiali ottimali nel corso di uno studio dedicato, condotto in collaborazione con il gruppo di ricerca del Prof. Cesàro, attivo presso il Dipartimento di Scienze della Vita dell'Università degli Studi di Trieste: lo studio ha permesso di analizzare le proprietà termiche dei diversi materiali costituenti le sonde tramite misure di calorimetria differenziale a flusso di calore (DSC). Dopo la fase di costruzione, caratterizzazione e ottimizzazione, ho utilizzato le sonde ultrasoniche per studiare sperimentalmente le modalità di generazione, propagazione e ricezione degli ultrasuoni in sistemi stratificati multifase, costituiti da domini solidi e liquidi. In particolare, ho approfondito il meccanismo di interazione delle onde di volume e di Rayleigh ultrasoniche con una lega bassofondente allo stato liquido. Lo studio sperimentale mi ha permesso di acquisire la sensibilità operativa e critica necessaria per una corretta interpretazione dei segnali misurati, creando la premessa per la successiva analisi dedicata al trattamento del segnale e all'elaborazione di un algoritmo per la riduzione del riverbero. L'algoritmo è stato implementato in Matlab e validato su segnali sintetici e sperimentali, dimostrandone l'efficacia nella riduzione del riverbero e nell'aumento della risoluzione temporale del segnale. I risultati ottenuti potranno essere sviluppati ulteriormente in uno studio successivo, nel quale potranno essere applicati alla ricostruzione tomografica di interfacce complesse di interesse nell'ambito dei controlli non distruttivi.
XXVII Ciclo
1985

I metamateriali localmente risonanti sono materiali e/o strutture ingegnerizzate capaci di controllare la propagazione delle onde elastiche a differenti scale: dalla scala molecolare, per il controllo delle vibrazioni termiche, alla scala metrica, per l'attenuazione delle vibrazioni meccaniche e sismiche. In un evento sismico, buona parte dell'energia elastica liberata si propaga in forma di onde di superficie che possono essere manipolate mediante l'uso di metamateriali. Tramite fenomeni di rifrazione indotta, le onde di superficie possono essere trasformate in onde di taglio che si allontanano dal piano campagna senza interessare i manufatti circostanti. Una "metabarriera" costituita da risonatori multimassa in grado di generare tali fenomeni di rifrazione, interagisce col moto del terreno per proteggere uno o più edifici da onde sismiche di superficie. La metabarriera è esterna alla struttura da proteggere ed è in grado di schermare le frequenze del sisma che andrebbero ad eccitare i primi modi di vibrare della struttura stessa. Ogni risonatore è formato da più masse cilindriche collegate da elastomeri (rigidezze). Variando la distribuzione di masse e rigidezze dei singoli risonatori, si ottimizzano gli intervalli in frequenza, band-gaps, per cui la metabarriera risulta efficace. L'ottimizzazione ha lo scopo di massimizzare l'attenuazione dell'input sismico alle frequenze di risonanza della struttura protetta, minimizzando le dimensioni della metabarriera.

L'obbiettivo di questa tesi è di utilizzare il rumore sismico per determinare le variazioni laterali della velocità di gruppo delle onde di Rayleigh, all'interno di un'area compresa nella regione delle Alpi orientali. Attraverso la cross-correlazione di sei mesi (Gennaio - Giugno 2015) di rumore sismico, registrato da 16 stazioni posizionate all'interno dell'area, ho ottenuto le funzione di Green di ogni possibile coppia di stazioni. I segnali sono dominati dalle onde di superfice, poiché il rumore di sottofondo è costituito principalmente da questo tipo di onde. Nell'intervallo di periodi compreso tra 5s e 30s, entro il quale ho potuto ritenere affidabili le misure, per ogni coppia di stazioni è stata poi misurata la velocita di gruppo, in modo da ottenere le corrispondenti curve di dispersione. Infine, le curve di dispersione ottenute sono state utilizzate come dato per la risoluzione del problema inverso. Il risultato finale dell'inversione è costituito da mappe bidimensionale che mostrano la variazione laterale della velocità di gruppo all'interno dell'area considerata, che dipende fortemente dalle caratteristiche del mezzo.