Рассеяние упругих волн на трещиноподобных дефектах в объектах протяженной формы применительно к задачам ультразвуковой дефектоскопии

• Автор: Коновалов, Роман Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 175 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КРАЕВЫЕ ЗАДАЧИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ ДЛЯ ТЕЛ С НЕОДНОРОДНОСТЯМИ

1.1. Особенности структуры естественных неоднородностей

и способы их учета при математическом моделировании

1.2. Идеализированные модели трещиноподобных неоднородностей

1.3. Основные уравнения и граничные условия динамической теории упругости

1.4. Динамическая задача теории упругости для тел

с неоднородностями в применении к волнам Рэлея и Лэмба

1.5. Особенности формирования граничных условий

в приближении “линейного” скольжения

1.6. Выводы
ГЛАВА 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ УПРУГИХ ВОЛН НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ ТВЕРДЫХ СРЕД
2.1 Распространение упругих волн Лява на границе раздела
слой - полупространство
2.2. Распространение волны Стоунли вдоль границы раздела
двух изотропных полупространств
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. ВОЛНОВОЕ ПОЛЕ В ТВЕРДОМ ПОЛУПРОСТРАНСТВЕ С ТРЕЩИНОПОДОБНЫМ ДЕФЕКТОМ НОРМАЛЬНЫМ К ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Постановка задачи о решении граничных интегральных уравнений (ГИУ) для твердого полупространства с трещиноподобным дефектом для упругих волн
3.1.1. О численном решении ГИУ
3.1.2. Определение падающей волны
3.2. Численный анализ характеристик рассеянных полей

3.3. Выводы
ГЛАВА 4. ДИФРАКЦИЯ УПРУГИХ ВОЛН НА ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ТРЕЩИНОПОДОБНОМ ДЕФЕКТЕ В ВОЛНОВОДЕ
4.1. Нахождение коэффициентов отражения и трансформации
4.2. Анализ коэффициентов отражения
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ УПРУГИХ ВОЛН НА ТРЕЩИНОПОДОБНЫХ ДЕФЕКТАХ В ОБЪЕКТАХ ПРОТЯЖЕННОЙ ФОРМЫ
5.1. Разработка экспериментальной установки
5.2. Анализ данных, полученных в результате эксперимента
5.2.1. Отражение волн Рэлея от поверхностной трещины
5.2.2. Отражение волн Лэмба от трещиноподобного
расслоения в упругой пластине
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Проблема качества выпускаемой промышленностью продукции традиционно является актуальной, ввиду важности обеспечения ее надежной и безопасной работы. В реальных условиях эксплуатации изделия подвергаются воздействию не только различных нагрузок (статических, динамических, циклических), перепаду внешних температур и давления, но и различных по агрессивности коррозионных сред, которые приводят к изменению геометрических, физико-химических, структурных, механических свойств материала изделия. Кроме того, в узлах всевозможных конструкций могут присутствовать дефекты, полученные при изготовлении, транспортировке, монтаже, эксплуатации, а также унаследованные из продукции предыдущих этапов технологического передела. Наиболее опасные из таких дефектов - трещины, непровары, слипания, стресс-коррозия и др., являющиеся концентраторами напряжений. Данное обстоятельство приводит к необходимости более широкого и эффективного использования методов и средств неразрушающего контроля (НК) еще на стадии изготовления продукции применительно к заготовкам и материалам. Затраты на НК достаточно быстро окупаются, поэтому данное направление работ является экономически эффективным, что предопределяет его дальнейшее развитие как одного из важнейших направлений научно-технического прогресса.
Из основных методов НК наибольший вес приходится на акустические (70-80%), что объясняется более высокой чувствительностью и лучшей вы-являемостью трещиноподобных дефектов, меньшей стоимостью по сравнению с иными методами. Исторически первыми для целей неразрушающего контроля были использованы упругие волны ультразвуковых частот (>20кГц), что привело к формированию термина “ультразвуковая дефектоскопия”. В нашей стране применение ультразвуковых методов связано с именем члена-корреспондента АН, профессора С.Я. Соколова.

модель; в - периодическая эквивалентная структура; г - эквивалентный элемент массы; д - эквивалентный элемент упругости. В представленной на рисунке 1.3 декартовой системе координат расположены два однородных изотропных линейно-упругих полупространства, имеющие плоскостную шероховатую границу раздела, соответствующую у = 0. Упругая среда, имеющая
параметры: р, (плотность), сп = —+- — (скорость продольных волн) и
V Р|
с(1 = — (скорость поперечных волн) занимает область у<0, а упругая У Р,
среда, имеющая аналогичные параметры с индексом 2, занимает область у> 0. При переходе к эквивалентной упорядоченной периодической структуре каждая отдельная область микроконтакта рассматривается как механическая колебательная система с сосредоточенными параметрами, состоящая из соединенных цепочкой элементов массы и упругости. В низкочастотном
(Ь2 ЬП
приближении: b,d « min(A., Д2);шах
А,, Х2 j
« d (b,d см. рис. 1.3) массо-
вый компонент эквивалентного импеданса существенно уступает по своему значению упругому, из-за чего эквивалентное механическое сопротивление, приходящееся на единицу площади участка границы для нормальных составляющих упругих смещений, зависит в основном от эквивалентной жесткости, определяемой по формуле [124]:
AjyAfy—|дц, (,.,7)
+ 2ц, )сп +(Х2 + 2ц2 )с/2 соd (1 - 4)
где £, = —- - коэффициент перфорации, определяющий степень сплошности d
границы. Можно положить £,= 1-/7, считая п относительной площадью фактического касания, определяемой в теории трения [125]. Аналогичная величина, характеризующая передачу тангенциальных составляющих упругих смещений, будет [124]: