Диагностика структурных неоднородностей методом акустической спектроскопии

• Автор: Лебедев, Андрей Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 343 с. : ил.

1. Теоретические основы вибрационной и эмиссионной спектроскопии

1.1. Резонансная акустическая спектроскопия собственных колебаний

1.1.1. Алгоритм решения прямой задачи РАС

1.1.2. Обратные задачи акустической спектроскопии

1.2. Локализация неоднородностей. Акустическая спектроскопия вынужденных колебаний

1.2.1. Рассеяние упругих воли на узких трещинах

1.2.2. Локализация трещины внутри тонкою сюржня

1.2.3. Локализация структурных дефектов в ЗБ задачах

1.3. Задачи эмиссионной спектроскопии

1.3.1. Влияние импедансных неоднородностей на

акустическое излучение

1.3.2. Акустическое излучение и рассеяние звука цилиндрической оболочкой с локальной неоднородностью
1.4. Результаты Главы
2. Экспериментальные методы вибрационной диагностики неоднородностей
2.1. Схема измерений. Проблемы и предложенные решения
2.1.1. Калибровочные измерения. Оценка влияния различных факторов на точность и воспроизводимость результатов
2.2. Предварительная обработка данных
2.2.1. Экспериментальное подтверждение возможностей предложенной схемы обработки данных
2.3. Методы диагностики неоднородностей. Примеры
2.3.1. Диашостика малой концентрации ориентированных микротрещин
2.3.2. Диагностика внутренних степеней свободы
2.3.3. Реконструкция функции Грина в ЗБ задачах акустической
спектроскопии
2.4. Результаты Главы

ОГЛАВЛЕНИЕ З
3. Дистанционная диагностика неоднородностей
3.1. Акустические харакісрисгики цилиндрической оболочки с неоднородностями
3.2. Экспериментальные исследования влияния инерционной неоднородности на акустическое излучение оболочки
3.2.1. Результаты измерений. Возможность дисіанциониой диагностики величины неоднородности
3.3. Диагностика нарамеїров неоднородностей в задачах рассеяния
звука
3 3.1. Акустическая диагностика близко-расположенных тел . . . 224 3.3 2. Акустическая диагностика характеристик поверхностної о
волнения
3.4. Результаты Главы
4. Диагностика неоднородностей природных материалов в натурных условиях
4.1. Харакіеристики когерентного источника сейсмических волн
4.1.1. Результаты полевых испытаний
4.2. Оценка концентрации трещин в скальных породах в натурных условиях
4.2.1. Описание эксперимента
4.2.2. Оценка объёмной концентрации трещин методом РАС
4.3. Исследование свойств приповерхносшых слоев ірунта при сильном вибрационном воздействии
4.4. Основные результаты Главы
Заключение. Основные результаты работы
Литература
Число страниц текста диссертации:
Определение параметров колебательных систем по их вибрационному (контактные измерения) отклику или особенностям акустическою излучения (дистанционная диагностика) представляет значительный ишерес. Анали * звуковых и вибрационных полей, возникающих при воздействии периодических источников возбуждения, встречается как при исследовании физических свойств вещества (1-6], из которою изготовлена колебательная система, так и в различных технических приложениях акустики [7-16].
Термин «акустическая спектроскопия», вынесенный в заглавие диссертации, требует краткого пояснения. По-видимому, первой работой, в которой используется этот термин, является статья 1958 года [17], где дается следующее определение: “учёный, измеряющий поглощение и скорость распространения звуковых волн, и пытающийся связать эти данные со структурой вещества, является акустическим спектроскопистом". В дальнейшем термин получил значительно более широкое толкование, о чем можно судить по публикациям в ведущих журналах по акустике за последние 10-20 лет. В настоящее время под акустической спектроскопией понимаются методы, основанные на анализе резонансов колебательных систем и позволяющие определить свял, упругих параметров и геометрических размеров колебательной системы с её акустическим или вибрационным откликом.
Резонансы характеризуют упругие тела, поскольку зависят от физических свойств объекта и его юометрии, но не зависят от свойств источника возбуждения (’К Любые дефекты, включения или неоднородноеги физических свойств изменяют спектр собственных частот, что позволяет проводить акустическую диагностику. Поэтому использование резонансных эффектов для получения информации о строении упругого тела (форма, размер, состав и т.п.) анало-1Ично идентификации химических элементов по оптическому спектру излуче-
(,)При условии, что сами во)буждающие и рех истрирующие колебания преобразователи не изменяют или вносят малые возмущения в вибрационное поле. Дру! ими словами, вклад самих элементов системы регистрации настолько мал, что параметры, подлежащие определению, можно рассматривать как «несмещенные» (стр 16)

ГЛАВА 1
Задача минимизации среднеквадратичных отклонений (1.21) эквивалентна матричной задаче [239]
т,р) = /ь ' I !2.'. (1.23)
Т (М, р) = /м,
где число измеренных часют должно быть не меньше числа неизвестных параметров (решение в смысле минимума средних квадратов).
Задача (1.23) решается методом итераций. На первом шаге задается ожидаемый вектор р!0'. Затем каждое последующее приближение находится модифицированным методом Ныотона [239]
Р[ГЦ = РП] + АРК' 24)
ЯткАрк = -ыт{/т-Т(т, р[п>)), 1 ‘
где Лтк = ^УГ{ш, р)/дрк. Сходимость процедуры (1.24) определяется теоремой Канторовича [239].
Возникает вопрос, как задать начальное приближение искомых величин тензора упругости? Естественно ожидать, что при сложной нелинейной зависимости часюты от вектора параметров задачи решение (1.24) будет в общем случае зависеть от начального значения р'°1 Эю было показано в отчею [184], пример из коюрого приведен на рис. 1.4. В практике РАС используются различные подходы для задания начального приближения или улучшения сходимости процедуры (1.24). Так, например, в работе [77] варьировались размеры образца. Ясно, что материальные параметры не зависят от размеров и сравнение результатов, полученных для образцов различных размеров, позволяет судить о правильности решения обратной задачи. В работе [240] варьировалась ориентация образца относительно элементов измерительной системы с тем, чтобы получить представление о пространственной симметрии возбуждаемых мод. В работе [241] для селекции мод использовалась многоканальная сисюма региарации колебаний, позволявшая определить симметрию колебаний. Можно указать на меюд электромагнитного акустическою резонанса (ЕМАИ) [118, 20], который ткже направлен па решение задачи селекции мод.
В отчете [184] мы показали, что информация о типе колебаний сущес1 пенно упрощает решение обратной задачи и в большинстве случаев исключает