WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

При амплитуде основной частоты 10.2 мкм они достигают максимума, и при дальнейшем ее увеличении наблюдалось их резкое уменьшение до уровня предшествующему резкому увеличению их амплитуд. Пороговый характер увеличения генерации гармоник объясняется с привлечением билинейной модели среды.

Рис. 4 Пространственное Рис. 5 Пространственное распределение квадратичного (а) и распределение квадратичного (а) и кубического (б) параметров кубического (б) параметров нелинейности, рассчитанные из форм нелинейности, рассчитанные из форм колебаний (справа) образца с колебаний (справа) образца с естественным дефектом искусственным дефектом типа Источником аномальной нелинейности, на наш взгляд, являлся локальный дефект в виде поджатой микротрещины с величиной поджатия 0,62 мкм.

Разработанные методика и программы для персонального компьютера позволили по экспериментально измеренному распределению амплитуд волны Лэмба и ее второй и третьей гармоник в тонкой пластине определить пространственное распределение квадратичного и кубичного нелинейных акустических параметров (Рис.4.) Обнаружено локальное аномально большое увеличение нелинейного параметра (на 3 порядка) в некоторых областях пластины (рис. 4), в том числе в области искусственно приготовленного дефекта (на 3 порядка) с заранее известными координатами (рис. 5). Эти результаты позволили утверждать, что пространственное распределение нелинейного параметра коррелирует с распределением дефектов в тестируемом образце.

Проведенные исследования особенностей распространения амплитудномодулированных изгибных волн конечной амплитуды в твердотельной пластине с дефектами, а также взаимодействия на дефекте волн низкой и высокой частоты (вибро-модуляционный метод) показали принципиальную возможность использования данных методов для получения более полной информации о дефектной структуре исследуемых образцов.

В заключение сформулированы основные результаты, полученные в этой части диссертации.

Часть Б посвящена исследованию упругих свойств резиноподобных материалов.

В первой главе приведен обзор существующих методов определения упругих модулей резиноподобных материалов, описываются методы их диагностики с использованием методов нелинейной акустики. Также рассматриваются методы возбуждения сдвиговых волн в резиноподобных материалах, и приводится обзор работ, использующих методы эластографии.

Во второй главе проводится описание реализованных в работе квазистатической и динамической методик для определения сдвигового модуля в резиноподобных материалах, и приводятся результаты определения упругих модулей резиноподобного материала-пластисола.

Таблица 1 Упругие модули резиноподобных сред.

Материал Е, Па, кПа Пластисол 27±3 0.495±0.02 8.9±0.В частности, реализован метод возбуждения и регистрации сдвиговых волн двумя линейными источниками (Рис.6). Виброметр позволяет регистрировать только нормальную компоненту колебательной скорости поверхности, поэтому его использование для прямой регистрации распространяющейся сдвиговой волны затруднительно. Источники на частоте 300 Гц возбуждались синфазно с Рис. 6 Экспериментальная установка для динамического определения помощью вибростола. Размеры образца сдвигового модуля.

выбирались такими, чтобы максимумы диаграммы направленности источников для сдвиговой волны перекрывались на противоположной стороне образца. При V1 Vэтом результирующий вектор колебательных скоростей сдвиговых волн и оказывался нормальным к поверхности образца и мог регистрироваться виброметром. Измерение времени распространения акустических импульсов от источников до поверхности, а также измерение времени распространения образовавшейся на поверхности образца ПАВ, позволяет рассчитать модуль сдвига в образце, который оказался равен =17.6 ± 0.8 кПа.

Отличие в величинах сдвиговых модулей, измеренных в работе квазистатическим и динамическим методами, связано с особенностями приготовления образцов.

В третьей главе описаны методики для дистанционной диагностики резиноподобных материалов с включениями с использованием плоских волн и фокусированных пучков в воздухе.

Использование лазерного сканирующего виброметра позволило визуализировать колебания фантома биологической ткани с модельными дефектами в виде воздушных пузырьков, уплотнений и расслоения и определить местоположения этих дефектов.

Рис. 7 Колебания образцов с расслоением на частоте 4.225 кГц (а), 2 гармонике – 8.45 кГц (б), 3 гармонике – 12.675 кГц (в).

Приводятся результаты численного моделирования и исследования разработанной и созданной в работе акустической фокусирующей антенны (рис.

8).

Разработана экспериментальная установка для обнаружения включений в резиноподобных материалах с помощью сигнала комбинационных частот фокусированных ультразвуковых частот.

(а) 16.3мм 135мм (б) Рис. 8 Пространственное распределение амплитуды звукового давления от дискретной антенны в фокальной плоскости (слева) и диаграмма направленности (справа): (а)- расчет, (б) – результаты эксперимента.

В основу работы установки положено нелинейное взаимодействие двух акустических пучков конечной амплитуды в исследуемом материале.

Эффективность этого процесса определяется величиной нелинейного параметра в области взаимодействия. Если на дефект, с характерными размерами d, в структуре вещества, воздействуют две плоские волны с частотами 1 и2 (их амплитуды давления P(1)и P(2 )), то на границе дефекта, в результате нелинейного взаимодействия, возникает сигнал комбинационной частоты P(1 ± 2 ):

d P(1 ± 2 ) = (1 ± 2 )P(1)P(2 ), 4cгде с, - известные скорость звука и плотность среды. При постоянных значениях амплитуды падающих волн P(1)и P(2 ) величина сигнала на комбинационных частотах P(1 ± 2 ) определяется величиной нелинейного параметра, а также частотой результирующей волны.

Установка позволила исследовать нелинейные свойства резиноподобных образцов с включениями и обнаружить созданные модельные дефекты.

Заключительная глава второй части содержит основные результаты по исследованию и диагностике резиноподобных материалов.

В Заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Разработана и создана автоматизированная экспериментальная установка для дистанционной диагностики твердотельных пластин и резиноподобных материалов с использованием лазерного виброметра.

2. Проведен теоретический анализ упругих нелинейных свойств твердых тел с модельными дефектами. Рассчитаны локальная нелинейность при вершине трещины и объемная нелинейность твердого тела, содержащего модельные дефекты в зависимости от их концентрации.

3. Экспериментально обнаружено, что усредненная по поверхности круглой тонкой металлической пластины с дефектами амплитуда второй гармоники волны Лэмба пропорциональна амплитуде основной частоты в степени 2.12±0.09, а третьей гармоники – в степени 1.6±0.1. Это указывает на то, что кроме физической нелинейности, связанной с ангармонизмом кристаллической решетки, в поликристаллическом сплаве имеется дополнительный механизм нелинейности.

4. Анализ колебаний пластинки в различных ее областях показал, что имеются как участки, в которых наблюдается характерная для физической нелинейности степенная зависимость амплитуд второй и третьей гармоник от амплитуды основной частоты, так и локальные участки с характерным для структурной нелинейностью пороговым характером этой зависимости и аномально высокими значениями амплитуд гармоник. Подобное поведение амплитуд гармоник также было обнаружено в области искусственно приготовленного дефекта.

5. Разработана методика и создана программа для персонального компьютера, позволившая по экспериментально измеренному распределению амплитуд волны Лэмба и ее второй и третьей гармоник в тонкой пластине определить пространственное распределение квадратичного и кубичного нелинейных акустических параметров. Были обнаружены аномально большие значения нелинейных акустических параметров в нескольких локальных областях (увеличение на 3 порядка по сравнению с фоном), в том числе и в области искусственно приготовленного дефекта (увеличение на 2 порядка), координаты которого были заранее известны.

6. Установлено, что пространственное распределение нелинейного параметра коррелирует с распределением дефектов в тестируемом образце. Также был сделан вывод, что пространственное распределение нелинейного акустического параметра позволяет получить большую информацию о дефектах в тестируемом материале, чем визуализация формы амплитуд акустических гармоник.

7. Экспериментально исследованы особенности распространения амплитудномодулированных волн конечной амплитуды в пластинах с дефектами.

Показана принципиальная возможность использования методов детектирования амплитудно-модулированного сигнала на упругой нелинейности для диагностики дефектной структуры материалов.

Установлено, что исследование нелинейного отклика на комбинационных частотах позволяет получить дополнительную информацию о дефекте.

8. Реализован дистанционный метод диагностики резиноподобных материалов с помощью воздушного ультразвука и лазерной виброметрии.

Список опубликованных работ 1. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова. Нелинейные волны Лэмба в металлической пластинке с дефектами. Акуст. Журнал. 2006. Т. 52. № 5. С.683-692.

2. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова, Е.В. Прохорова. Исследование колебаний биологических тканей и их фантомов с модельными дефектами. Известия РАН. Серия физическая. 2007. Т. 71. №1. С.150-152.

3. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова, О.В. Руденко. Пространственное распределение нелинейного акустического параметра в тонкой поликристаллической пластинке из сплава с дефектами. Акуст. Журнал. 2009.

Т. 55. № 2. С. 153-159.

4. О.В. Руденко, А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова. Нелинейность твердых тел с микро- и наномасштабными дефектами и особенности ее макроскопических проявлений. Акуст. Журнал. 2009. принята в печать.

5. Alexander I. Korobov, Maria Y. Izosimova, Sergey A. Toschov. Development of Ultrasound Focusing Discrete Array for Air-coupled Ultrasound Generation.

Physics Procedia. 2009 (in print) 6. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова. Взаимодействие волн Лэмба конечной амплитуды в твердотельных пластинках. Сборник трудов XVII сессии РАО.

Москва. 2005. Т.1. С. 154-157.

7. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова. Пространственное распределение нелинейного параметра в образце сплава алюминия с дефектами. Сборник трудов XVIII сессии РАО. Таганрог. 2006. Т. 1. С. 37-40.

8. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова, Е.В. Прохорова. Использование лазерного сканирующего виброметра для диагностики биологических тканей и их фантомов. Сборник трудов XVIII сессии РАО. Таганрог. 2006. Т. 1. С. 37-40.

9. М.Ю. Изосимова. Исследования колебаний тонкой пластины с помощью лазерного виброметра. Демидовские чтения на Урале. Тезисы докладов. 2006.

С. 81-82.

10. М.Ю. Изосимова. Нелинейные колебания металлической пластины с дефектами. Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006», секция «Физика».

Сборник тезисов. Том 2. Физический факультет МГУ. 2006. С. 4-5.

11. A.I. Korobov, M.Y. Izossimova, E.V. Prokhorova. Flaws spotting and elastic modulus definition in phantoms of biological tissues by methods of laser Doppler vibrometry. ICUltrasonics 2007 proceedings. Vienna. (doi:10.3728/ICUltrasonics.

2007. Vienna.1610_korobov) 12. A.I. Korobov, M.Y. Izossimova. Defects spotting in metal plates by methods of nonlinear acoustics. ICUltrasonics 2007 proceedings. Vienna.

(doi:10.3728/ICUltrasonics. 2007. Vienna.1612_korobov) 13. М.Ю. Изосимова, Е.В. Прохорова. Регистрация сдвиговых волн методом лазерной доплеровской виброметрии. Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». М.: Издательство МГУ; СП МЫСЛЬ. 2008. [Электронный ресурс] 14. М.Ю. Изосимова, С.А. Тощов. Акустическое детектирование амплитудномодулированного сигнала. Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». М.:

Издательство МГУ; СП МЫСЛЬ. 2008. [Электронный ресурс] 15. Maria Izosimova, Alexandr Korobov, Ekaterina Prokhorova, and Oleg Sapozhnikov. Measurement of dynamic shear modulus in soft solids using laser vibrometry. J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 123. No. 5. Pt. 2. P. 3226.

16. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова, О.А. Сапожников. Возбуждение и регистрация поверхностных волн в резиноподобном материале-пластисоле.

Труды XX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС. 2008. Т.

2. С. 90-93.

17. Alexander I. Korobov, Maria Y. Izosimova, and Kirill A. Nenarokomov.

Noncontact Diagnostics of Rubber-like Materials by Methods of Nonlinear Acoustics. Proceedings of 18th International Symposium on Nonlinear Acoustics.

(Stockholm, Sweden 7 – 10 July 2008) PP. 533-536.

18. Alexander I. Korobov, Dmitry M. Mekhedov, and Maria Y. Izosimova. NDT of Grain Boundaries in Microcrystalline Aluminum Alloy Using Methods of Nonlinear Acoustics. Proceeding of 18th International Symposium on Nonlinear Acoustics. (Stockholm, Sweden 7 – 10 July 2008) PP. 529-532.

19. А.И. Коробов, М.Ю. Изосимова, С.А. Тощов. Нелинейное взаимодействие амплитудно-модулированной волны Лэмба с дефектами. Труды XIX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС. 2008. Т. 2. C. 93-96.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»