Дистанционная диагностика материалов с микро- и наномасштабными дефектами методом сканирующей лазерной виброметрии

• Автор: Изосимова, Мария Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЧАСТЬ А ДИАГНОСТИКА ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ПЛАСТИН
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Линейные методы акус тической диагностики
1.2 Нелинейные методы акустической диагностики
1.3 Волны Лэмба
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛН ЛЭМБА В ТОНКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ПЛАСТИНАХ
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Объекты исследования
2.3 Результаты экспериментальных исследований нелинейного
взаимодействия изгибных волн
2.4 Пространственное распределение нелинейных акустических
параметров
2.5 Сдвиг резонансной частоты
2.6 Генерация волн суммарных и разностных частот в плас тинках с
дефектами
3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧАСТИ А
ЧАСТЬ Б ДИАГНОСТИКА РЕЗИНОПОДОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Методы определения нелинейных параметров и нелинейная
акустическая диагностика
1.2 Возбуждение сдвиговых волн и методы эластографии
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЕЙ УПРУГОСТИ РЕЗИНОПОДОБНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
2.1 Определение модуля сдвига квазистатическим методом
2.2 Определение упругих коэффициентов

2.3 Определение модуля сдвига динамическими методами
3 ДИАГНОСТИКА РЕЗИНОПОДОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОЙ ВИБРОМЕТРИИ
3.1 Возбуждение образцов квазиплоскими волнами
3.2 Диагностика резиноподобных материалов с включениями при их возбуждении фокусированным ультразвуком
4 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧАСТИ Б
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Уникальные диагностические возможности упругих волн обуславливают неослабевающий интерес к разработке новых сверхчувствительных методов акустического неразрушающего контроля свойств материалов. Эти методы призваны найти, принципиально новые решения задач диагностики структурных и усталостных изменений материалов и конструкций авиационной, космической и атомной промышленности, находящихся в экстремальных условиях эксплуатации.
Использование акустических волн позволило сделать акустический контроль качества универсальным, т.е. применимым для объектов любой формы с размерами от нескольких миллиметров до сотен метров. Применение волн Рэлея ультразвукового диапазона позволило контролировать поверхностный слой образца (выявление поверхностных и подповерхностых дефектов). В инженерных конструкциях широко применяются пластины и оболочки. Для контроля качества таких конструкций наиболее удобными оказались волны Лэмба, в частности «медленная» нулевая антисимметричная, или изгибная, мода. Использование медленных волн Лэмба, а тем более нелинейных особенностей их распространения в неоднородном материале, позволяет значительно повысить возможности акустических методов диагностики.
В материалах с дефектами наряду с нелинейностью сил межмолекулярного взаимодействия (классическая нелинейность), приводящей к нелинейной связи между механическим напряжением и деформацией, проявляется структурная (неклассическая) нелинейность. Необходимо отметить, что одним из первых влияния дефектов на нелинейные акустические свойства твердых тел исследовал профессор В.А. Красильников с сотрудниками на кафедре акустики физического факультета МГУ в 1963 году [1,2].

нелинейность геофизических структур (в этом случае среду рассматривают как цепочку или массив шариков) [43-48], а также при рассмотрении контакта шероховатых поверхностей [49-50].
1.2.2.4 Трещиноватые среды
Трещиноватые среды наряду с хлопающей и ; гистерезисными
нелинейностями обладают также нелинейностью, связанной с концентрацией напряжений вблизи устьев [14]. При деформации пористых тел в перемычках происходит усиление напряжений, и нелинейность материала каркаса проявляется более заметно. Если объемная концентрация таких локальных зон повышенной нелинейности высока, эффективный нелинейный модуль материала сильно возрастает. Если вдали от трещины механическое напряжение равно, то вблизи края оно порядка [51]
сг, =ct(1 + G), G = 2д///г0 , (1.2.31)
здесь 21 - длина трещины, г0 - радиус кривизны ее края. Если длина трещины 1 мм, а радиус кривизны - 1 нм (порядка нескольких межатомных расстояний), то коэффициент усиления G-103. Это означает, что сравнительно слабые- акустические колебания a(t) в окрестности трещины могут усилиться настолько, что нелинейные эффекты (описываемые функцией сг. (г) - это, прежде всего, генерация высших гармоник) станут весьма заметными. Поскольку напряжения при удалении от вершины уменьшаются от значения a,(t) до значения- ait), соответствующего однородной среде (то есть коэффициент G убывает), проявления нелинейных свойств также будут ослабевать. Это означает, что количественная характеристика нелинейности в присутствии одной трещины должна зависеть от координат. Однако локальные измерения на масштабах порядка нанометров можно провести лишь на поверхности — с помощью туннельных или атомных силовых микроскопов. В объеме среды, где находится трещина, это сделать очень сложно. Поэтому нужно понять, к каким макроскопическим проявлениям, наблюдаемым в ультразвуковых