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Propagation of Stress Waves in Alpine Snow

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

R. L. Brown*
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

The propagation of pressure waves in low-density snow is investigated analytically to determine the variation of wave pressure and wave speed with density and frequency. The results show that, for pressure waves that produce finite volumetric deformations, both pressure jump across the wave and wave-speed increase with initial density and final density. The pressure jump was also found to increase with the wave frequency if other parameters were held constant, although the dependence on frequency is not as strong as the dependence on the initial and final densities. The relationship between pressure jump and frequency implies that high-frequency waves would tend to dissipate more quickly than lower-frequency waves, although like pressure, the attenuation rate would not be strongly frequency dependent.

Résumé

Résumé

On a inventorié analytiquement la propagation des ondes de pression dans une neige de faible densité afin de déterminer la variation de l’onde de pression et de l’ onde de vitesse selon la densité et la fréquence. Les résultats montrent que, pour les ondes de pression qui produisent des déformations volumériques finies, aussi bien le saut de pression au passage de l’onde que la vitesse de l’onde elle-méme augmentent avec la densité initiale et la densité finale. On a aussi trouvé que le saut de pression augmentait avec la fréquence de l’onde si les autres paramétres sont maintenus constants bien que la dependance de la fréquence ne soit pas aussi stricte que la dépendance des densités initiales et finales. La relation entre le saut de pression et la frequence implique que les ondes de haute fréquence devraient avoir tendance á se dissiper plus vite que les ondes a fréquence plus basse, bien que, comme la pression, la vitesse d’atténuation ne serait pas aussi strictement dépendante de la fréquence.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Zur Bestimmung der Änderung des Wellendruckes und der Wellengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Dichte und Frequenz wird die Fortpflanzung von Druckwellen in lockerem Schnee analytisch untersucht. Es zeigt sich, dass bei Druckwellen, die finite Deformationen des Volumens hervorrufen, sowohl der Druckanstieg quer zur Welle wie die Wellengeschwindigkeit mit anfänglicher und endgültiger Dichte zunehmen. Eine Zunahme des Druckan-stiegs ergab sich auch mit der Wellenfrequenz bei Konstanthaltung anderer Parameter, obwohl die Frequenz-abhangigkeit nicht so stark ist als die von der Anfangs- und Ausgangsdichte. Die Beziehung zwischen Druckanstieg und Frequenz lässt annehmen, dass hochfrequente Wellen zu einer schnelleren Zerstreuung neigen als niederfrequente, obwohl ähnlich wie der Druck auch die Abschwächungsrate nicht stark von der Frequenz abhängig sein dürfte.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
Figure 0

Fig. 1Geometry of granular structure of snow and idealized model.

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Fig. 2Comparison of volumetric constitutive law with experimental data.

Figure 2

Fig. 3.Variation of pressure jump across a shock wave with density jump.

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Fig. 4.Effect of pressure jump on shock-wave velocity.

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Fig. 5.Effect of shock-wave frequency on pressure jump.