Экспериментально-теоретическое исследование затухания высокочастотных колебаний в пластично деформируемом образце

• Автор: Толстопятов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 75 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа направлена на решение актуальной научно-технической задачи - совершенствование ультразвуковых способов определения напряженно-деформированного состояния твердого тела.
В работе построена математическая модель упруго/вязкопластического тела, описывающая процесс распространения и затухания высокочастотных (ультразвуковых) волн малой амплитуды.
Экспериментально определено относительное затухание ультразвука в процессе одноосного растяжения стальных образцов. Подтверждено увеличение затухания ультразвука с ростом внутренних напряжений и появление остаточного затухания.
Используя построенную модель, показана возможность вычисления напряжения при одноосном растяжении используя только тарировочную кривую.
В работе усовершенствован способ определения одноосных напряжений методом затухания ультразвука.
Диссертация состоит из Введения, трех Глав, Заключения и Приложения, изложена на 75 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков и 97 наименований использованной литературы.

Введение
Глава I Состояние вопроса и постановка задач исследований
§1.1. Физические причины затухания упругих волн в поликристаллическом твердом теле
§1.2. Затухание ультразвука, обусловленное поликристаллическим характером структуры металлов
§1.3. Рассеяние ультразвука из-за присутствия в структуре материала фаз, имеющих различные акустические характеристики
§1.4. Влияние пористости на затухание ультразвука
§1.5. Влияние дислокаций на затухание ультразвука
§1.6. Связь напряжений с затуханием ультразвука в металлах
§1.7. Выводы
§1.8. Постановка задач исследования
Глава II Экспериментальные исследования затухания ультразвука в малоуглеродистых сталях в процессе одноосного растяжения
§2.1. Ультразвуковые измерения
§2.2. Излучение и прием акустических волн
§2.3. Источники погрешностей при измерении коэффициента затухания ультразвука
§2.4. Методика проведения экспериментальных исследований
§2.5. Выводы
Глава III Математическое моделирование затухания высокочастотных колебаний в поликристаллическом твердом теле
§3.1. Выбор уравнений и их линеаризация
§3.2. Конкретизация уравнения состояния по результатам экспериментов
§3.3. Эталонные кривые v-ff
§3.4. Выводы
Заключение
Приложение 1
Приложение 2
Список литературы

Развитие современной науки и техники характеризуется резким возрастанием нагрузок на рабочие органы машин и элементы конструкций, что требует обеспечения запаса прочности и надежности при одновременном снижении материалоемкости изделий. Решение таких задач невозможно без неразрушающего определения прочностных характеристик материала как в процессе изготовления, так и во время эксплуатации.
Для неразрушающего определения напряженно-деформированного состояния стальных образцов широко используются традиционные методы: тензометрический, рентгеновский, хрупких покрытий, фотоупругости и др. Однако, перечисленные методы имеют каждый лишь свою специфическую область применения, и для всех них характерен общий недостаток, заключающийся в том, что измерения проводятся только на поверхности, либо результаты можно получить только после разрушения образца, без чего нельзя судить о состоянии во внутреннем объеме или об общем напряженно-деформированном состоянии детали или образца.
Одними из наиболее перспективных являются ультразвуковые методы, позволяющие находить однозначную связь между изменениями акустических свойств материала и внутренними превращениями, происходящими при нагружении, которые являются физической причиной изменения механических характеристик материала.
Ультразвуковые методы в сравнении с традиционными обладают рядом преимуществ:
- возможностью измерения не только поверхностных напряжений, но и напряжений в объеме материала;
- оперативностью измерений;
- безопасностью измерения.
Большой вклад в разработку метода ультразвуковых измерений напряженно-деформированного состояния поликристаллического твердого тела, основанного на изменении ультразвуковой волны под действием

(p2 + lap + a2 + jB2 - a2)S:J = Gp1 э.. или (p2 + 2ap + a2 - y2)Sij =Gp2 3t], y2 = a2 - p2.
Отсюда определяется девиатор напряжений:
S - s/ = — э,= — ( V э
(p + a~y)(p + a + y) 2 yyp+a-y p + a + yj
G ‘rd2 э,. (r) G ‘rd2 эа (r)
= 1—Ti— exP(-« + y)-(t-r)dr-—- f——— exp(-a - y)(t - r)dr
2у f dr 2у у or
G 3 э.. (r)
exp(-a + y)(t - r)
2 у dr G дэ,:
G 1 -—(a-у) Jexp(-a + y)(t-r)d (г)-
и t.
exp(-a - y)(t - т)
+ — (a + y) jexp(-a -y)(t - r)d э.. (r).
t, 1У i.
2у дг
Символом Б отмечены значения девиаторов в момент выхода в пластическую область. Окончательная векторная связь девиаторов напряжений и деформаций имеет следующий вид:
5,-5« =С(э, _э«) + о|^(е(-“+^-''> -1)|э, (*,)-
- — 8э" _е(-«-гХ»->д)}+С:(«-Г)2 Г (Г)е(-°^х»-г)с/г_с(д. + г)1 гэ (г)х
2у а Р ' 2 у 2 г
Аналогичным образом описываются и скалярные свойства среды. Приведенные определяющие уравнения относятся к описанию трехмерной модели. Из них видно, что использованные в модели уравнения состояния относятся к достаточно хорошо изученному теоретически классу моделей в работе
А.А.Ильюшина, Б.Е.Победри [97]
§3.2. Конкретизация уравнения состояния по результатам проведенных экспериментов
В качестве статической диаграммы используем далее диаграмму упругопластического тела с линейным упрочнением: