Исследование структурного и напряженного состояния твердых сред с помощью упругих волн тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РТБ ОН

1 ( " ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОВЕДЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

НИКИТИНА Надежда Евгеньевна

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОГО И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТВЕРДЫХ СРЕД С ПОМОЩЬЮ УПРУГИХ

ВОЛН

Специальность 01.02.04—Механика деформируемого твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург, 1994

Работа выполнена в Нижегородском филиале Института машиноведения Российской Академии наук.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Абрамян К. Г., доктор физико-математических наук, профессор Жилин П. А., член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, про. фессор Зверев В. А.

Ведущая организация—ОКБ машиностроения.

Защита состоится «2.Ь> » в^ПЯтЯЯ 199^ г. в "/ 4 час, на заседании специализированного совета Д'У200.17.01 Института машиноведения РАН по адресу: 199178, С.-Петербург, В. О., Большой проспект, 61.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять в адрес Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в ОНТИ Института проблем машиноведения РАН.

Автореферат разослан

<*ел 199.1г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 200.17.01 »-г—■»

кандидат химических наук Глинин В. П.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРКСГШ РАБОТЫ

Двесерталия посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям распространения упругих вднгльсов (волновых пакетов) в структурно-неоднородных средах и разработке афотических методов исследования структурного и напряаенного-дефоркп-ровавного состояния твердых сред.

Актуальность проблемы обусловлена необходимостью углублеи-пого изучения явлений, происходящих при распространении упругих волн з неоднородной среде, применительно к задачам гссле-дованпя конструкционных материалов и элементов конструкций.

Акустические методы исследования структуры, повренденлостг, вапрязонпо-дэф^рмированвого состояния твердых сред хорошо зарекомендовали себя как достаточно информативные, простые и удобные для практического применения. Однако основа большинства попользуешь з наставшее время методов, по-супеству, фзног,экологическая, а глубокая исследовательская проработка их вс.догяо-стеЗ чаиэ всего отсутствует ,_Так, физическая основа традетпо;'-ЛоЭ• дефектоскопии - отрезание ипреломление упругих волн на транше двух сред. Большинство ультразвуковых цетодов контроля структурных п прочностных параметров'основано на полученных предварительно "тарпроэочпах" зазнеплсстях затухания или скорости упругих волн от тех или иных характеристик ¡латаргаг.а.

Мезду том, область разнообразных физических язлени"', характер изуезкх распространение волновых пакетов в неоднородной сроде, достаточно плрека я пока используется лишь в калой своеЗ части. Копочно, усложнение гагекатпчеекпх шдвлеЗ пропехедяиих яззониЗ приведет к усг.о-поплз расчетных алгоритмов, методик исследований я потребует больпей квалификации от пользователей разработанных методов, далеко уводя их за раккп процесса "из-йучяя сигнал - принял его". Однако современное состояние науки я техники, па :лоЯ взгляд, требует качественно нового "илзуль-са*' в развития акустических неразрусакзих методов испытаний гатаргалов. Хотелось бы д^-ать, что "азрэдплЗ £ронт" зтого ¡ri-вульса в пакоЛ-то стзптг характеризует данная работа.

На актуальность те.та диссертации указывает и то, что она сглэапа'с исслздованпя:,:з Нпкэгоподсксго филиала Института ма-¡ЗБПОзедэнля РАН по паучао;.:? направлений "Волновая дгааягса

шин", утверяденпоыу Поста нов лен из и Президиума Академии наук в 1987г. и выполнялась в соответствии с

- программой фундаментальнее Есследованпй РАН ."Повышение надежности систем ЖШИВА-ЧЕЛОВЕК-СРЩ по теш "Разработка глето-дов и средств измерения, контроля и диагностики на основе эффектов нелинейной акустики" (Раздев. 3.3, код 55, S гос.». рог. 01.90.0057825),•

- программой фундаментальных кселедоганЕй" 0Ш.2ЖГРАК "Проблеет управления и автоматизации" по тега "разработка автоматизированного комплекса акустической диагностики-валрязенвого состояния элементов таив и конструкций" (Раздай.4.4, В гос.per. 01.91.0053131);

- планом работ МНЗК "Надежность ¿аиин" но вене кСо&датъ/ кола-лепт приборов для контроля динамического ¡гапря&знсого состояния узлов лапин";

- рядом хоздоговорных работ.

Состояние вопроса. Вопрос о распространенна упругих- боля з твердых телах неразрывно связав с понятием дисперсия, В кгае-сической т:ории упругости природа этой дисперсии - геометрическая и связана с ограниченность^) размеров тел. В частности, широко известна "поправка Рэлзя" '(1677) к скорости продольных волн в стерптз (ее мокно получать к из результатов боазв ра_н-!г/х исследований Брееса, Uoxva.'.z'.ara йКри), изучена дисперсия волн Льг.ба (1917) в слое конечной холашаз. Волна Рз' эя, Стоуй- • ля, обьеише продольные и сдвиговое волне распространяется в упругой сплошной сроде без дисперсии.

Освоение ультразвукового диапазона частот упругих волн (дли-Б'-: волн порядка I им) поставило проблем учета "в ну треп них" разкерчих параметров твердой среды, определяв {."ах налнчееы внутренней структуры. По сравнении с размерами зерев, включений, пэр в обкчиж конструкцЕоннах глтериалах это вогни "длшшнз", к дисперсия такой природы тала, ко при современном уровне развития ультразвуковой техвгка ее- величину иогво пзьзгять и даае исг.хчьзоьа.для интегральной оценки чазиерьлн характеристик iGTspissa без его разрешения.

J.rvroi пробаокэй, сгязаявой с расвреетравевЕеи упругих >гг.''. у.:--г газгухогс>го дкап&ьова частот в твердых телах, являет-<"-- згтухаргг гз-га ггссеянвя на пзоднородноетях структура.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСГШ РАБОТЫ

Диссертация посвящана теоретическим и экспериментальным исследованиям распространения упругих и-тальсов (волновых пакетов) з структурно-неоднородных средах и разработке акустических методов исследования структурного и напрягенного-деформи-роваввого состояния твердых сред.

Актуальность проблема обусловлена необходимостью углубленного изучения явлений, происходящих при распространении упругих волн в неоднородной среде, применительно к задачам рсследования конструкционных материалов и элементов конструкции.

Акустические катоды исследования структуры, поврекденлости, Еапрякснно-деф_рмироваиного состояния твердых сред хороао за-рекоуендоваяи себя хсак достаточно информативнее, простые и удобнее для практического применения. Однако оснога большинства используемых з настоящее врегля методов, по-сущестЕу, феноменологическая, а глубокая исследовательская проработка их ес_:«:ояно-стей чаиз зсего отсутствует._Так, физическая основа традиционной -дсфектсскопяя - отрезание и преломление упругих волн па границе двух сред. Большинство ультразвуковых штодов контроля структурных п прочностных параметров1основано на полученных предварительно "тарировочных" зависимостях затухания или скорости упругих волн от тех или иных характеристик материала.

Мсвду тем, область разнообразных физических явлени*, характер изугакх распространение волновых пакетов в неоднородной среде, достаточно пярока и пока используется лишь з малой своей ^асти. Конечно, услсг.нвппз гатегдтических моделей пропсхрдяоих язлопиЗ приведет к усложнении расчетных алгоритмов, методгк ;:с~ Следовании и потребует большей квалификации от пользователей разработанных глотодоз, далеко уводя их за рамки процесса "из-йучил сигнал - привял его". Однако современное состояние науки л техники, я" мой взгляд, требует качестве ппо нового "импульса" в развития акустических пераэрунаетих методов пспатаниЗ гатерпалсв. Хотелось ба думать, что "перздянЗ фронт" этого импульса в кажой-го стеноп;: характеризует данная работа.

Еа актуальность темн диссертация указывает и то, что она связана'с гссг.здогаяпяя Нижегородского филиала Института гла-¡зшозодвюл РАЗ по глучнок? ванпавявашз "Волкогая дцвакеса ма-

шин", утвержденном? Постановлением Президиума Академии наук. в 1987г. и выполнялась б соответствии с

- программой фундаментальных исследований РАН "Повшаенш вадаа» ностя систем ЬМИШЛ-ЧБЯСВШ-СРЩ по теш "Разработка методов и средств измерения, контроля и диагностики ва освове эффектов не линейной акустики" (Раздев 3.3, код 55, "I гос^.раг. 01.90.0057825);

- программой фундаментальная исследогзняй ОШШ7НН пПроо'сеш; управления и автоштизациивпо тема "Разработка автогдтпзиро-* ванного комплекса акустической диагностики капрякевного «ос» тояния элементов машин и конструкций" (Раздел 4.4«. В гос.рёг. 01.91.0053131);

- планом работ ЫЩК "Надекность л-акши" ш теиз "СО&ддть коас-лект приборов для контроля динамического дапряжокзого состояния узлов гапиа";

- рядом хоздоговорных работ.

Состояние вопроса. Вопрос о распространенна упругйх-воан з-твердых телах неразрывно связан с понятием дисперсии. В классической теории упругости природа этой дисперсии - геомэтржчо-екая и езязана с ограниченности размеров тел. В частности, ппроко известна. "поправка Рэлся" (1877) к скорости продольных ьолв в стерЕНз (ее у.окно получить е из результатов бодзз ра_е-ксследований Бресса, Похгаьалгра 7. Кри), изучена дисперсия волн Лзг.:ба (1917) в слое конечной: холшяан. Волна Рз' зя, Сто?а- • яп, объекние лродольввз и сдвиговое волен распрострапжтся в упругой сппоеной сроде без дисперсии.

Освоение ультразвукового диапазона частот 'упругая волк (длп-нк волн порядка I ш) поставило пробгюьлу учета "внутренних* раз1.:ерчых параметров твердой среды, определяемых вапкчвви внутренней структура. По сравнению с размерами зерен, вкдзченпй, пэр в обычнах конструкционных шгергалах это волей "даанннз", к дисперсия такой природы кала, но при современном грозна развития ультразвуковой техники ег величину ь:огко пзкз"ят-л и даже Еснэльзова. для пятеграаькоЗ огюбкя пазиврвнх характеристик структуры ¿птерпала без его разрусевля.

"Гугой пробаакЛ, сзязаяао£ с распроетраневквм упругих ггг.г-: улх.ггаггузогсго диал&кона частот в твердых телах, является за-ухайге г;-?а рассеяния на пзоднрродвостяз: структура.

Факт этот сам по себе на слишком положительный при практическом применении ультразвука, токе, можно использован-, для яераз-рушавиего исследования структуры материала, учитывая то, что в диапазоне длин волн Л, много бол инк характерных параметров структуры с! , рассеяние волн - релеевское и пропорционально величине с!УЛ4 (¡¿эзон, Мак-Скимин, 1947). Такой метод бил, в частности, предложен для неразрушэтдего контроля величины зерна в чистых металлах и стали Л.Г.Каокуловым (195657).

Для создания упругих вола л твердых телах наиболее естественным является их ударное возбуждение. При этом, если стучать на со самому объекту исследования, а по электроакустическому преобразователи с заданными резонансным и дампфяруощшли свойствами, прикрепленному к нему, то возможно осуществить распространение в твердой.среде импульсов с плавноЗ огибающей ^высокочастотным" заполнением (аналогов так называемых "радиоимпульсов"). Такие импульсы являются более подходящими для теоретического описания, чем ска кем, импульсы, использусше в традиционной дефектоскопии, однако особенности их распространения более изучены, например, в радиофизике, чем в механике, где в основной интересуются распространением либо гармонических, либо ударных волн (аналогов "видеоимпульсов"), Изучение этих особенностей вахно дая задач прецизионного измерения фазовой скорости, оценки характеристик дисперсии и частотно-зависимого затухания волн импульсным мэтодом.

Теоретическое исследование распространения малых синусоидальных возмущений в напряканной среде, проведенное в первой половине нашего века Нурзаганом, Био, Новозиловыы и . .г/гимя с учетом нелинейных свойств твердых сред, позвол ло предсказать явление акустоупругости, экспериментально обнаруженное Бенсо-ном и Рилсоном в 1959 году. На база этого эффекта в дальнейшей стали развиваться нзразруиающие акустические методы определения напряженного состояния твердых сред. Представляет интерес расширение области применения акустоупругого метода для определения двухосных напряжений в анизотропных структурно-неоднородных средах, какими в ультразвуковом диапазоне часто* представляется большинство конструкционных материалов, а также для измерения амплитуд хвазистатпческих (по сравнении с час-

тотой волны) упруг;™. напряжений. Необходимо совершенствование акустических методов определения констант линейной и нелинейной упругости твердых тел.

Б процессе собственных научных исследований, икавших вследствие их договорного характера достаточно конкретные цели, что, с одной стороны, ставит кесткие временные раьаси для решо..ия прикладных задач, но с другой - предоставляет широчайше воз-коевости для осуществления экспериментов, выяснялось, что не все эффекты", наблюдаемые при распространеБ'.-и волновых пакетов в обачнах конструкционных материалах, шкно свести к . звостным в иеханг^е. Ряд экспершле;;таов был поставлен специально для лодтаераденяя йззестншс или собственных теоретических представлений. Для осмысления всех этих проблеы потребовалась как теоретическая, так к экспериментальная проработка указанных здесь вопросов.

Нельо .работы является:

- теоретическое исследование распространения узкополосных волновых пакетов в структурно-неоднородной среде. Создание на этой основе акустических методов определения характеристик неоАйородноста среды;

- экспериментальное исследование распространения икпульсов продольных и сдвих-зых волн в конструкционных материалах Д1К проверки реальных возыогностей разработанных катодов;

- обнаружение новых эффектов, связанных с распространением упруг/: волк и волновых пакетов в вапряженно-дефорыироваВБНх структурно-неоднородных телах, и изучение еозможноохой их □се .тического использования;

- разработка импульсного акустического катода определения ваг пряженного состояния матеркалов, учить^азкего влияние структурной неоднородности их акустические характеристики;

- практическое применение результатов исследований для определения характеристик линейной и педине2ноа упругости, анизотропия, вапрязенво-дофорикрованвото состояния ¡.атериаяов и аьэиевтов конструкций.

Га у ч вал вовгава результатов диссертацгоЕЯой работа видится, с сдвой стороны, в теоретическом г экс п е р вла н г а л ъ н о м обваззг.е-эе" ряда ногкх гдактез, характеризующих распространение упругих 2025 е волновых пакетов з вапрг кенвыг, структур во-неодно-редгкх средах; а с другоЗ сторовы - в создана* яобнх методов

aeeassœasas гг.рз2ягар2®Т1!К таких срод, использующих как гзве-стгшз, таз з енозь наблюдаете явления н эффекты.

Исторически сзоаплссь так, что изучение упругих сред с внутренней структурой идет как бы с двух сторон: физики и механики. В то sa зромя развивается наука о распространении sons всобщэ, не зав пс шло от их физической природы. Предлагаешь здес> подход îî исследовании вопроса - попытка в какой-то мерз соединить эти достижения, что помогает обнаружить новые для механики эффзкгы, ЯЕзестннэ, сканем, в радиофизике; и наоборот, дать новей толчок тзорш волн для обоснования обнаруженных акустоые-ханзческих эффектов.

К пршгэру, алгоритмы сэязи скорости распространения упругих еолз с характеристиками их линейно?* и нелинейной упругости подразумевают в качестве информативного параметра фазовуи скорость золя. В сраде с дисперсией и частотно-зависимым затуханием, 'связанными со структурной неоднородностью, задача определения фазовой скорости импульсным методом становится нетривиальной. При изучении этой проблемы оказалось, что только некоторые точ-;,т времэнного профиля импульса движутся тайно с (пазовой скоростью основной частоты. Получены уравнения, позволяйте определить такие точки для ишульса колоколообразной Форш.

Во швее сложной проблемой в этих условиях представляется оценка дисперсионных и диссипативных свойств материалов. В процесса прозедепных исследований этого вопроса удалось превратить sesosopss недостатки импульсного метода исследования в сушест-seHssa гдетозЕстаа и предложить оригинальные способы определе-3S3 гзрагзгрзэ дисперсии и частотно-зависимого затухания улру-ттх з»гн, гзвгэ sa .шпояьзуемне при изучении твердых сред или —сагажтчио еозш вообнз.

Позучгнн также интересные экспериментальные результаты. На-зрагзр, з сбзчннх конструкционных материалах исследовано воз-• 3SK?02SH2S -частотной модуляции в импульсах упруга волн ультра-зтз®02оЭ ^су1зей частоты - явление, использусиое в радиолска-îssa для «гатия радиоимпульсов., разработано устройство для опре-Z*гздаи дисперсионного параметра твердых сред на основа этого зашив нвов авторским свидетельством.

Зксяеришзнтаяьно обнаружено явление, названное "динамической акустоупругостьв" а возникавшее при распространении упругой

- е -

волны в среде с квазистатичесаз! (из с гаг—

нн) вапряк'енкоа состоянии. Ессвгвзгггз" щзг^г^етсгшггг терпстшси эффекта и дани реЕоьвЕцеткп* са его евп^есесз- дег сз~ ределения констант упругости т^астстс штагсга тлзрдах тег ггг динамических напряаений в еегг_

Большое внкшние уделеаз Егг^гДйгкв акустических га то до в исследования напряженного ететкянкя структу рн о-на одно род" :цг сред - предмету научных пшшеясон автора в течзяиз шогах лет. Предлокен иыпульсннй акусинезгвй кетод определения плоского напряженного состояния ортатззинш: материалов с внутренней структурой. В основе метода леавг идзя о том, что величина собст-' венной анизотропии ьаториас^, связанной с его структурной на--однородностью, монет бпть спзсдзлена на оспозз измерения час~ тогннх характеристик распространения упругих Еола. Такса обра*--эои предлагается учесть влияаиг текстуры в собственных кайра- . -.опий, возникавших в конструкциовнкс катериалск зг прсазсос их технологической обработки, в алгорикаа ЕшрясзвгЗ

1-го рода. Бозмоквостп метода водаарзггзи-обнаружена устойчивые связи велпчппег соб'стзсаеой анпоотрогпл с дисперсией сдвиговых волн в алаигвЕвваг. едладах п с коаш1ГП> . ента-л частотво-зависи&юго затухания волн в сталях.

Метод обеспечен соответстэзазшмз 'разрабатегил: в оЗксгс ел- , паоатурвого обеспечения, а при сзааревия ех:уст.ичас.-;гз: Е^шах-ров исподьБугзтся вкзеудег.явутыо оригинальные .саосоЗс ехкггхарактеристик неоднородности.

Практическое значений. Модифицированвиз плзугьг!^ елгд^т измереася скорости, частотв~й зависимости сг-эрозти и упругих волн могут быть ппрэко использовано при вапря^еипо^дефориироваввого состояние, стр?Ег?рша и ваочкакг-нш: характеристик гвер-цх' тег,.

Экспериментально обнаруетккке возив ¿:огут врез-

т.тчеекп использована при изучении: сво£стз струг.турь'э-и;одяоро^-

с вогропвнх уатериаяог, воздействия из них ссглдчос^сгс ватрусенвя :: зибраппх, а тайге различна: гпдэз техполсгдчесгоГ: обрабо тки.

'1г1 г -усткческгл отод исследования елэсдсг© бгзря-«ееогс состояния сред с БЗггр2КЕв£ структурой позг:лягт с доз-гагочеой для срактики точвозтгг. опрздггяк ьзятагвзе (г го^

ггзг?ог7гз> я cro3.-?27cicos;-.?j0 навряггззя з элементах реагине-:

оерг-влзжз! гопаганз тпругоосз sroporo я третьего я осютсчзкх папрязезгЗ г «агз^га-ллл ;; зпеггегах sc?«cnzHE2t разработанные автором совместно со .

глдл rc'rur: орглппзацлд, рскогоздоханя Госстагз-Л".» з й^^яо-г.сслодага'гелвсхпх организациях

и^л^^ллл^нв* ~сс с с g j t; л 3 с к l' з гг зкепврюмнгсл&зке

7: ппчпо. Поп с-сслзрпглзнтальшгк гсслз-

ъ аппаратура или првборц, раз-

"v'r:;;,3 r.r^cr't. Уг.ьграззу^оБи'з преобразователл

п г^-зСаипГ:, к^аоаьзозанпнз в з::сперкл-эн-

гrcr.rrn:*'*":"'! '•зтоз'Г'д ;глтт иод ез руководством. Обра-

"г.- гле 5 проз: зле па азлг м^за пскл:яе-

„""¡Я'-зг.т? £3:5, ярояздзнявк под се рукоЕо-ствс;... - ^"¿Lл::ееертащп! довгддягалпеь на:

:;о,П"СЛГ:Г7:.:з "Волновые процесс;' в

.'• "'-'V;-: j "srss^zsziz* ОБгкЗ Еозгарод, 1992); ■ • лс.тСизЖ^;: Тлглзтург: :з рекристаллизация в глета л-

• rxrmz" ("О, "tt>7), зть ютзспаг.оз л злеьзп-

тт "л*::;":;тг'Д srrmrrs л ssirjassssosur частотах пагрг-СЛг:2» Г^СЗ), "Гэг'с^тгз л :?::3'рзц;:сзглге процессу з каав-(Гспг:"Л. 333), ТлрлзЬтлпслггз фзггески? глзто-•r ry.tzzor.z" 0), к1!пгзпорно-!5пзглес>.«е проб-

: ::ттЛ (Ксгтч, 1592). "Прсбл.згл дгнеккя а ппеч-

л г"лргсггл"!;:' «йгг^Пвгорбзрг, 1993): "Нелл-"■¡zzCzr.'.n nzzzzncr-.zx еггзтлц" (НлззгД Новгород, IS93): " lit "длГорскцзУг; (»йехза, 1983, 1991}, 1У Все-

сг;г;о,;г:::.*з со г:л::зл::^злв::о.'1 тг:логргг7гш {таскен?, 2згзсгспс:1 •зсгсгдплп-се^гплпз "Яйпеперпо-флзпческм rrriSr.гэх.1 'гйагзгГ (Uocrsa, 1994)?

- "лЗсг.ногглз задачи tazaunnn" (ГорьхкЗ, Х5С'1~ЭСЗ); "Дп^'з^а распэодзгзпягг снстеми(Нкгл:й Новгород, 391) г '

- гл ССГДЗЕЛР« Щ ВЕШЖ'Ш, й® ШД АН СОС?,' ЛГТУ.

■ 3 coseou обхоиа дпссертшшя докладцггалас-. а сбегздазавв пз С.1гкт-Пзтзрб5ргс~с:1 обцогсродслссн сбиисарз по «леханп^а (ртк. зяадзйЕа Н.С.Сологлзгко), на сегдиварах ОКБ юапяоотрозям (рза.

акадекик Ф.Ы.Митенков) и отдела волновой дннакай паси'£§'• ИГ/АПГ РАН (рук. проф. А.Й.ВэсвпцсиЁ).

Структура и объем диссертаций.. Работа состой ез бе0£0в£Н, пяти глав и заключения. Диссертация содерзже 255 стпгпгц пинопксного текста, 36 рисунков и 21 таблицу. Сппсс:: хшт-зрасу« ры включает 172 нашевовавяя.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая хараксзрсстиза работа, фо®кз£И®Уй5Я-ся цели и результаты исследований.

Первая глава содержит обзор математические шдзае2 расп^о- " страненвя волн в структурно-неоднороднее средах, таюсз&З континуальные модели, адделд, ссаованвве па деишсз вадзч рай-сеяния волн на неоднородности:• в "осиваЕжгорзсз" фдзез»: представ ляюнае колеблющуюся среду как цеяочаз осцивЕЯгвров (п.1.1}.

Достоинства ;; недостачи шдзяоЙ расокат922й:яв2 СЗД зрения олгсдаия эксперта птцаьно в^бяэдаоаа £$0ззгоз раяения волн ультразвуковой частота в обзчапх йшкфгшашаг гатерсааах. Наиболее удобным здесь, ва ьгтвдд автора» подход, раззяваемкй в работа:! Т.Д.Пгр^хеор^ ц его дезеезсз в позволяешь описать дЕсперспоашз в двзвшвдсзакз шСз&ь па-лгкристаллов. Б то не вракя эффекта ЕвгдасЗаоЗ. 220322 •

ти наиболее естественно наводят своо £2320 в рз^^гх КоагсезйЮЬ-вых «оделей, что продемонстрировано £ БаЗовах. £Л1д83гЕй • е Б -ряде более поздних исследований.

В разделе 1,2 сборной главы прЕЗОДЗЗС ДЗЕШЛ '

тальннх исследований распространено* гэга

еого диапазона частот в тверда: тзлах, с епзазрсгас

рабох я.Г.Меркулова (1556-57). Аназшз отпх ревзтдаюз ■ петлей-Еает, что решение задачи о рассеянии вой. 2 ЕОасррсгаяка /Лпйзпц И.Ц., Пархосовский Г.д., 1951; Сор^эргоп Т.Д., Ш2-77/ з основой „езэопяет объяснить гкепврклевгайыагз &гШ1Я5Ш£(-стг скорости и гатух'авия упругих во из от структурило сосго^-нвя поаягргстаанов к в опредвЕзвной стгсавя - сокагоз. Эзссерс-кентааьнве данные Г.Н.Сзвпна с сотру днгка^ по гавзронго дсс-::е?сгч скорости упругих вода (1970) находятся в хорс-ае^: соо1:-гегстпгп о ког.гспуа:;ънаги кодегями, есаи срсша» гвгетанг саз- ; шрвэго параметра теориа еа порадев, кеаьез рзааьпого разгаре

зерна металла.

Обзор экспериментальных данных позволил сделать вывод, что большинство ультразвуковых катодов исследования структуры тзер-дых тал основано на измерении затухания ультразвука. Почти кет данных о дисперсионных параметрах твердых сред, в то не-враля для рада материалов частотная зависимость затухания ультразвука изучена достаточно хорош. Это можно объяснить малой величиной "структурных" добавок к скорости ультразвука, и - как следствие - малой точностью га измерения.

Имеет свои специфику, связанную с неоднородностью среды, а распространение даке весьма узкополосице волноеых пакетов, ссотзе?ствувци:: во временной области так называемым "радиоимпульсам" с плавной огибающей и длительностью, значительно пре-зйлап-дай величину периода заполнения. Эти проблемы поднимаются з основном радпофязихами, например, в связи с•вопросам радиолокации воздушной и водной сред. Однако такие задачи возникает а в твердых тепах при распространении в них волн, длина которых деачитзльш ызньшэ размеров тел (п. 1.3). .'.' Вопросы распространения квазигарконичеекпх волн з дисперги-;"рунЕ0й срадо, затронутые, в частности, в известной книге Г.С. Горелика "Колебания а волны" (1959), рассматривались в работах В.А.Зверева (1953), Л.А.Островского (1365) и других исследователей. В 1956г. Л.Я.Шпрманом было получено авторское свидетельство на изобретение способа дисперсионного скатил частотно-;»-дулинованных радиоимпульсов при передаче их на большие расстояния. Практические цели определяли и дальнейшие исследования на эту теми: ■' например, обзор Д.Брэдли, Дпс.Ньй "Измерение ультракоротких импульсов".(ТИИЭР, 1974) стимулирован успехам в создании лазеров с синхронизацией мод.

Распространением импульсов в среде с частотно-зависимым за-тданпем, характерным для твердых сред, некоторых кидкостей и 2020СЗЙ в ультразвуковом диапазоне частот,стали интересоваться несколько позге. Почти одновременно были проведены теоретически /Меркулова В.М., 1966/ и экспериментальные /Сарабаяя С., 1267/ исследования влияния частотной зависимости затухания упругих волн на параметры распространения так называемых "радиоимпульсов"» В дальнейшем эти исследования развивались, в частности, в связи с проблемами ультразвуковой медицинской

диагностики /Барайана П., Офир Дк., Дкегер П., 1982-83/, и только в последнее врегя появились попытки использования выявленных здесь эффектов для исследования твердых тел.

Обзор Я.А.Вайнштейна (УВД, 1976} посвящен распространенна главной части импульса, связанной с частотам, близкими к основной (несущей) частоте, в среде с частотной зависимостью скорости и затухания волн. Здесь рассмотрены, в частности, некоторые а|фектк, связанные с совместным влиянием этих двух факто- ' рол на распространение волнового пакета.

Содержание первой главы убедительно показывает. ваобходш.до£г; более широкого практического прше нения достигнутых к настодаёг ¡.-у времени результатов в исследован ли распространения вол'новаг, пакетов в средах с дисперсие! и. частотно~.зависшым затуханием волн.

Вторая глава посвящена теоретическому исс.ледовгнигг распространения узкополосных волновых пакетов в среде, частотные характеристики которой отвечают теоретическим представлениям, основании.! на решении задачи рассеяния волн в поликристаллах и экспериментальным данными по гх проверке, приведенным в обзорной глаге.

Г.атегатическуз модель среды представим в виде линейного . фильтра с переходной характеристикой К(СО)=веер[ 1й(и>)Ь) где и - путь, пройденный волной в среде, = +•*

+ , где действительная часть связана с дисперсией,

а мнп.?.я часть - с частотно-зависеышл затуханием.

Для волн ультразвукового диапазона частот (длиьа волнег порядка I мм) неоднородность, обусловланяуо микроструктурой металлов п сллаЕов.кокн1" считать слабой. Это позволяет аналитически рассмотреть задачу о распространения в такой, среде импульса колоколообразноЗ формы вида

Ц(оЛ)=ехр С- 1*-/гх I)

где СД> - основная частота, соответствующая ыаксиыук? спекг-' рально" амплитуды, ^'С'о - эффективная длительность импульса. Разлагая входной сигнал на спектральные составляющие, преобразуя их в соответствии с переходной х^актерястикоЛ среди и применяя затем обратное преобразование Фурье, шхно вай-

ти вид сигнала "на выходе" из среда 11(4,4:). Напряжения и деформация, создаваемые упругой волной, будут изменяться пропорционально величине "калибровочгтого" сигнала

Будем считать, что волновой пакет, соответсиупций напему импульсу в спектральной области, запишет полосу частот (ДсО не слелком узкую, так что его нельзя считать простой группой ° ( аГгрСсно и не слитком широкую, чтобы входной сигнал не изменился до неузнаваемости. Если ограничиться питейной завись :тьо групповой скорости внутри группи, другими словами, считать, что --— =. -Ъ-С&П/Л внутпи полосы частот о Си , в ввести ограничения на параметры нашего импульса, опре; чляемые неравенством

¿д < Т0г « ,

то это будет значить, что две простые группы, разделенные -лп-риноЗ полосы частот, разошлись по прошествии расстояния Ц на величину, сравнимую с величиной основного периода в и;л?льс9 иди меньшуи, то есть вид импульса при выполнении правого неравенства не слишком изменился. Тогда действительная часть постоянной распространения С|'(С<)) запишется в виде:

о) = #<ов) +

где С - дисперсионной параметр, который будем считать характеристикой среды в полосе частот ДС<> ~ Ч^о

Мнимую часть постоянной распространения предста-

вим в виде С}/'(сО) = Сд& , где ^со/ - с(0 - коэффициент затухания упругих волн на основной частоте. При это:.: предполагается выполнение условия Х0/Ч0 »/сС^С > то ость затухание не слишком велико на расстоянии, соотгетствув-шем длине импульса. Значение $ определяется известными механизмами затухания: например, потерям на гистерезис соответствует 5 = \ . дислокационному затуханию, когерентному рассеянию - £>-релеевскому рассеянию - .

Конкретный вид эволюции импульса в среде будет зависеть от величины параметра Л)сОр • В разделе 2.1 ^

рассмотрено решение задачи при малых и больших значениях этой величины.

В среде с преобладавшим влиянием дисперсии на распространение волн ( о(в« ])/, ) основными наблюдаемыми эффектами могут быть:

- увеличение длительности импульса в соответствии с выраке-

нием

-П -в | ' • и / V (

- линейная частотная шдуляция в импульсе, определяемая .формулой

В среде с преобладанием частотно-зависимого затухания -(¿о1^»])ЦТсго) такие наблюдается увеличение аффективной длительности импульса, определяемое величиной (при 5=4 она не меняется), и уменьшение основной частоты в импульсе, определяемое величиной 5/^о ^-о •

Для среды общего вида ( с/ ~ В/Т-Тк ) в п- 2.1 показано, что смещение "амплитудного центра, определяемого нулевой производной ст функции оп.'бапщей,- от первоначального значения = -¿.ар в Раз меньше, чшд смещение. "фа-

зового" центра ( СОо ). поэтому при измерении группо-

вой скорости волн мокно с большой точностей считать, что максимум огйбавдеа перемешается со скорость»

Раздел 2.2. главы 2 посвящен проблема прецизионного измерения Фазовой скорости упругих волн импульсным методом. Обращено внимание на тот факт, что, если любая точка профиля гармонической волны переместятся в пространстве с разовой скоро-стьв, то для ограниченного во времени колебания это ве так. Например, временная зависимость фазы после прохождения импульсом, рассмотренным в разделе 2.1, пути ¡_, в среде с пре-обладаюзй дисперсией имеет ввд:

Из этого в г; ранения видно, что -олько две точки временного грогпля импульса пропли расстояние /. о фазовой скорость» оекезгой частоты.'При малой величине параметра ^яно

что Опг расЕидохеви в области - » где

егсбаогая Ei.aysi.ca и.:еег шсвааьв» лроизводнув. В среде

Ьбшего вида расположение этих точек относительно амплитудного центра шшульса, примерно соответствующего Ь -Ъгр , становится несимметричным и находится из квадратного уравнения относительно 'Ь-'Ь^, .

Для прецизионных измерений фазовой скорости упругих воля, ваквых при определении констант упругости, наппяЕенно-деформированного состояния твердых тел импульсными акустическими методами, необходимо учитывать, влияние структурной неоднородно-стя материала а соответствии с приведенными в п. 2.2 рекомендациями.

В рзздала 2.3 проанализированы методы измерения дисперсионных характеристик твердых тел с учетом импульсного характера распространявшихся в них волн. Для достоверной, оценки дисперсии среды в этом случае приемлеш следуапие способы:

- измерение фазовой скорости с использованием импульсов с разными основными частотами;

- измерение разницы групповой и фазовой скоростей;

- измерение индекса частотной модуляции в импульсе.

Последний, на взгляд автора, является наиболее приемлемым в.'среде с существенной частотной зависимостьз затухания волн. В основе этого способа легат только (разовые измерения, которые цозво свести, например, к измерениям временных интервалов,соот-ветсхвуияпх периодам колебаний в импульсе. В этом случае дисперсионный параметр среды определяется по формуле:

1ч Л»-6и>

L сII ~ Т/1. '

где % - количество измеряемых периодов в импульсе.

Величину частотно-зависимого затухания волн з среде так-гз мокно оценивать, не пользуясь амплитудными измерениями, -например, ло уменьшении основной частоты (увеличении основного периода) в импульсе (п. 2.4). Этот способ.- наиболее подходящий для сравнительных измерений затухания-волн, например,; для оценки структурных изменений в материале в процессе его обработки или различий в структурном состоянии различных его областей. Для измерения абсолютной величины коэффициента затухания надо предварительно определить, хакяя модель затуха-

нвя волн (величина 3 в формуле ) отвечает это-

му материалу в исследуемом диапазоне частот.

В третьей главе диссертации приведена результаты экспериментальных исследований распространения шлпупьсое продольных и сдвиговых водя в конструкционных материалах, лодтверэдашие ■ возможности практического использования разработанных методов.

Аппаратурно предлагаемые катоды исследований шено осуществить на основа установки из стандартных средств прецизионного измерения временных интервалов или переносных прьборов, разработанных с участием автора. Кспользувтся нестандартные ультразвуковые преобразователи продольных и сдвиговых еолн спе-цгализированного назначения, позволявшие осуществить изю^ние-и прием импульсов с основной частотй 2-10 МГц и плаввой'Ьггбав-щей в конструкционных материапах толщиной от 2-3 до 100-500'км (п. 3.1).

В разделе 3.2 приведены результаты измерения фазовой скорости ультразвука с использованием усовершенствованной методики, учитывавшей наличие дисперсии и частотво-зависимого затухания в среде. Оказалось, что исследрванниа образцы алшдз-низвого текстурироваиного сплава - среда с преобладавшей дисперсией, и сазовии скорость надо определять в точках"¿гр^ъэ а стальные образцы - среда с преобладающим влиянием частотно-зависимого затухания на распространение ультразвукозях волн, то есть здесь Уср = Чг? ~ » •

Экспериментально исследовано влияние микроструктуры стзтгь-« ннх и чугунных образцов на величину дисперсии продольных и сдвиговых волн (п. 3.0/. Сказалось, что измеренные ва основе этих экспериментов размерные параметра сред на порядок меньше реальных размеров структурных составляющих, как. и ? ранее изученных случаях поликристаллов.

Описаны акспериыавты по вабетдевии явления частотной ш-гулянии в иылульсе (п. 3.4). На этой освова определены значения дисперсионного параметра аявшниевого текстурироваввого сплава для волн, поляризованных вдоль и поперек проката. Приведено описание разработанного с участием, автора устройства для автоматизации измерения величина -частотной шдгдяции в импульсе.

В разделе 3.5 приведена результаты экспериментального исследования эволшии ультразвукового импульса в среда с частотно-зависимым затуханием, вязанным с рассеянием водя. Осенена возможность идентификации механизмов затухания волн по данным акустических изьврениЗ. Исследованы корреляционные связи коэффициента затухания упругих волн с характеристиками текстуры, размерами структурных состааляшшх и способами технологической обработка материала (стали, чугуна).

Результаты многочисленных экспериментов, проведенных автором и описанных в этой главе, позволяют сделать вывод о широких возможностях модифицированных импульсных акустических методов исследования твердых тел.

Четвертая глава посвянгана разработке импульсного акустического метода исследования напряженного состояния твердых сред.

Физической основой акустических методов определен®! напряжений служит явление акустоупругости, проявляющееся, в частности, в то:л, что скорости распространения упругих волн зависят от.приложенных к материалу'напряжений. Рассмотрены две постановки з^ачи (п. 4.1Л):

1) начальные значения скоростей волн известны (шзтао их измерить! (раздав 4.1);

2) значения скоростей воля до возникновения искомых наполнений в материале неизвестны (раздел 4.2).

' В'рамках первой постановки рассмотрена задача об определении напряжений, не соосных осям сьлэтрии ортотропного материала (п. 4.1.2). Суть дела состоит а том, что в ненапряженном ор-тотропном материале суяествувт два направления поляризации чисто сдвиговых волн, распространявшихся по нормали к ого поверхности, и аналогичная картина будет набявдаться в изотропном ма-1 териала, находящемся в плоском напряженном состоянии. При возникновении напряжений происходит поворот этих осей, что приводит к определенным трудностям- при измерениях и при вычислении величин напряжений. Здесь предложена система уравнений акустоупругости, позволяющая по данзым акустических кумереяий определить зяачения напряжений по направлении и величине.

Вз основе теоретических и экспериментальных исследований акустоупругого эффекта, проводимых автором з течение ряда дет, разработана методика акустической тензометрии, пригодная к гс-позьаованшэ в экспериментальных з заводских лабораториях, а

таксе в условиях сборов, и эксплуатации реальных конструкций. Методика основана на', измерении времени пробега в материале импульсов продольных и сдвиговых волн до и после возникновения напряжений и охватывает тот довольно широкий класс практических случаев, когда напряжения приложены вдоль осей собственной анизотропии штериапа. Здесь приведены алгоритмы расчета вапрякений, позволяющие по результатам измерения времени пробега (задержки) импульсов продольной и двух сдвиговых волн определить значения напряжений по знаку и величине и учесть из-менеяиз толщины материала из-за возникновения напряжений (п. 4.1.3).

Метод позволяет определить значения вапрякений, усредненные по объвке, занимаемому ультразвуковыми ЕОлнал;и, поэтов его применение для элементов конструкций (плоских и объемных) имеет свою специфику. При малой (порядка I юг) толщине материала встает вопрос о временном разрешении импульсов, а при боль-сой толяине, даже если удалось принять отракенвый от границы ишзульс, - о возможной неоднородности поля напряжений в исследуемом объеме катериала. Эти вопросы таете рассмотрены в разделе 4.1.3. Кроме того, учтено влияние изменения температуры материала при измерениях и приведены соответствующие уточненные алгоритмы.

Количественными характеристиками зависимостей скоростей упругих волн от вапрякений являются коэффициенты упруго-акуств-ческой связи, представляющие для каждого типа волн определенную комбинации конставт упругости 2-го и 3-го порядков ьатеркала. Предлагается определять эти коэффициенты, вкспертевтапъво, при одноосном растяжении образцов исследуемого материала. Здесь приведены величины измеренных автором коэффициентов упруго-акустической связи основных конструкционных /¿атерва лов, а так-*р результаты исследований по влиянии различных факторов на 1-.-пчинн этих коэффициентов: пластической деформации, в том числе остаточной деформации после прокатки; закаливания; длительного воздействия больших механических напрякегай (п. 4.1,4).

Сравнение результатов определения напряжений акустическим кетодом и с поношьез динамо"»тра каиияы для механических испытаний показало, что разншь значений, измерении: в плите

из сплава Д16АТВ, находится в пределах 3 Ша (п. 4.1.5).

Первая часть главы 4 содержит также примере определения напряженного состояния элементов реальных конструкций методом акустоупругости: измерение остаточнйх сварочных напряжений после сварки стальных плит в жестком контуре; оценка снижения уровня, остаточных напряжений в деталях после., их вибро- и термообработки (п. 4.1.6). Эти примера демонстрирует эффективность применения акустической тензометрии при определении сварочных напряжений, когда использование те нзорезис торов невозможно из-за высоких температур сварки, и при оценке возможности замены термообработки виброобработкой, гораздо менее энергоемкой, для уменьшения остаточных напряжений в сварных конструкциях.

Еторая часть главы 4 посвящена проблеме определения напряжений " tri 6llU в готовом изделии, когда значения акустических параметров, соответствующих ненапряженному материалу, неизвестны. Эта задача, сформулированная Р.Т.Смитом в обзоре методов измерения величина акустического двулучепреломления в упругих 5злах ( UfcttabOnlC^ , 1963г.), до сих пор окончательно не решена. Предлагаемые способа ее реоения в основном .базируются на идентификации листового проката с кристаллом ор-торомбической симметрии и использовании комбинации объемных, горизонтально-поляризованных или поверхностных волн для определения величины собственной анизотропии напряженного материла (п. 5.2.1).

Автору диссертация ближе несколько другой взгляд на проблему, а именно: анизотропия конструкционного материала (в частности, листового проката) - не то же самое, что анизотропия монокристалла, ее природа связана со структурной неоднородностью среды, поэтому измерение параметров частотной зависимости скорости или затухания упругих, особенно сдвиговых,волн помет дать дополнительнув информации о ее величине, в том числе и в уже напряженном ттериале. Определение одноосного напряжения

где D - коэффициент упруго-ахустэтеской связи;

Q.- величина акустической апизотрепки материала дт г после лбилокеяия напряжений, можно ссул^ствить, из мер га ^-четот::^-завасимое акустяческио параметр'?, и, зная пред^эритэльло ;га.:-

денную зависимость их от величины собственной анизотропии,косвенным образом определить ее величину. Величина упруго-акустического коэффициента токе монет зависеть от величины 0~о , эту зависимость иоаяо выявить в результате предварительных исследований материала и учесть в алгоритме определения напряжений. Описанную схему можно обобщить и на случай двухосных нал-рякенвй.

Результаты экспериментальных исследований листового проката, в основном используемого для изготовления плоских элементов крупногабаритных конструкций, показали, что ошибки, связанные с неучетом структурной неоднородности материала при определении напряжений " Ш ^¡АИ- ^ могут быть весьма существенными. Так, в исследованных листах проката легких алвминие-внх сплавов отклонение параметра анизотропии от среднего по листу достигает величины 0,14^, что эквивалентно прилокению одноосного напрякения 35 Ша (п. 4.2.2). Для образцов стального проката эта величина составляет 0,П?>, что эквивалентно приложению нагрузки 120 Ша (п. 4.3.3).

Возможности повышения точности акустического метода при определении напряжений в готовых изделиях на основе дополнительных измерений структурно-чувствительных акустических параметров проверены экспериментально на образцах листового проката конструкционных материалов. При исследованиях использовались сдвиговые волны, как наиболее чувствительные к неоднород-ностям структуры материала, особенно в направлении поляризации волны. Многочисленные эксперименты, часть которых описана в главе 3, позволили автору сделать практически важвне выводы о том, что дисперсия сдвиговых волн - параметр, чувствительный к структуре проката алюминиевых сплавов. Для исследованных образцов высокопрочной мартенситностарегаей стали это - коэффициент частотно-зависимого затухания.

Обработка экспериментальных данных на ЗЗМ методом наименьших квадратов позволила найти параметры линейной регресии зависимости величины дисперсии волн параллельной прокату поляризации и собственной анизотропии 0.о ъ образцах алюминиевого сплава Т201Т (п. 4.2.2).

При исследовании стальных образцов в состоянии поставки и после термообработки удалось выяснить следузшее. Б образцах со сравнительно большими параметрами анизотропии (0. £,0,15%)

- гг -

коэффициент затухания воян перпендикулярной прокату поляризации уменьшается с ростом алтзотропии. Величина затухания ьоля параллельной прокату поляризации растет с ростом параметра анизотропии образца (п. 4.2.3.). Особенно четко эта зависимость проявляется э тершобработанпнх образцах.

• Для образцов, вырезанннх из прокатанного листа после ого отжига, зависимость имеет вид:

ХЦд,'АО*' = 4,(коэффициент корреляция

Для образцов, подвергнутых термообработке после вырезки из листа, получена еледувшая экспериментальная зависимость:

5^0« = - 4,92 + ( Й, = От.

Здесь ав- параметр собственной анизотропии образца, измеряемый вепряшм способоы, еСсо,( ~ величина, пропорциональная коэффициенту частотно-зависимого затухания и измеряемая на .снова опвтв увеличения среднего периода в импульсе сдвиговой вог&к.

Для проварки возможностей' предлагаемого метода контроля напряжений в материала с неизвестной собственной анизотропией' был проведен модальный эксперимент (п. 4.2.4), заключающийся э следувщем. ббразцн проката подвергались сжатии в испытательной шише, ва определенной ступени вагрзжания {- 50 Ша и - 250 Ша) измерялся параметр акустической анизотропии и вычислялось напряжение по двум разным формулам:

б^Са-а^) и <э=£(а.~а0),

где'йоср -^параметр ан^отропии, средний по всем образцам. Величина йв определялась ра основе предварительно найденной корреляционной загисимости

<10- = 59,76-8,63 оС^ С = - 0,60-

Хотя корреляция здесь довольно слабая, использованне этой зависимости помогло снизить ошибку определения напряжений в среднем по образцам на 25 - 30 Ша.

Раздел 4.2.5 посвяавя оценке злияния собственной анизстро-пеи материала на его упрггоакустическпе характеристики. Ка:1-денн параметры соответствующих корреляционно зависимостей. Оказалось, что абсолятная величина косф?ипиекта I) с ростом параметра анизотропии з образцах зысскопрсчнсй сталч

л зависимость моено учесть в алгоритме определения напряжений.

Б оаздале 4.2.6 излоневы практические рекомендации по определения ваяряаений в анизотропншс структурно-неоднородных ьа-тергагах, разработанные на основе проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований.

Глава 5 диссертации посвящена разработке методик определения динамических модулей упругости второго и третьего порядка i гардах тел., а такае экспериментальному исследованию'взаяш-дсйотзия упругих волн с квааиетатическим (по сравнении с частотой волны) полам напряжений в металлах и сплавах.

Б раздела 5.I.I пзлокевн принципы построения методики определения констачт линейной упругости изотропных материалов, пригодней для применения в научно-исследовательских, учебных и з?водскп:: лабораториях. Методика состоит пз двух частой: резонансного метода измерений с использованием стерзвсЕШс образцов и импульсного метода, применимого для плоски образцов и рлсмзктов конструкций. Нетодпяа измерений резоиавейым методом разработана совместно со специалистами И® АН СССР з БНИИЗТРН, вторая часть базируется на собственных исследованиях автора.

В качестве тестовых для резонансного метода вибрапа продольные и крутильные колебания круглых стерхней, для импульсного метод» - объемные продольные и .сдвиговые волны. Для материалов с большим затуханием а малой скоростьи поперечных кола-баний рекомендуется определение коэффициента Пуассона пс тс- . взрелонноЗ кривой в соответствии с поправкой Рэлея, а таете определение двух модулей линейной упругости по измерениям скоростей объемных и стерсневк: продольных;волн.

Рассмотрены вопросы аппаратурного осуществления рекомендуемых методов и вопрос о соотношении динамических и-статических юдулей упругости второго порядка конструкционных матер налов.

Большой интерес представляет экспериментальное определена модулей упругости анизотропных материалов, тем более что г справочной литературе таких данных немного. Импульсный акустический MR г од позволяет в принципе измерить все -ковстанты второго порядка материалов, класс симметрия которых известен (е..5.1.2). Он дает хорошие результаты при определении в мате-

- аз -

рсасзх, ' пзгсзовгзнпк пог.:о'Л, гашюЕЗой, направлений осей сим-asspssf sasaptzs есвяге»»яця ггагтбоягшя дрочвосгь ори оасхяав-

ПГ" ПЛ2 ОгаЗНП

Зяэсв врззогзиг гоз^хяез csarsr сзйвувягЗ с кспол&зозаниеи cössrsns «ш кадшй sfnpsrcosn кагортяоэ, сгааятрия которых бгггза' г епгггерга гргетзагоз оргоромбачгскоЗ и гвксатонааьвой cc3s2î2î. В?а пзрзр^аета коягролз прсаатаввах листов, ште-рсза Еогороз югао с^гжхза о?го2?опсж!, определяется заявчива Q©»|f i^/feg*" 0 * Еоз^тциэтаогл анизотропии ште-

grara прзгяоэ, пррвдс.::, аогорзЗ caso счвгагь хрансхрапяым, б?д?Г2 saatncsa «^.te^Äift. оврэдэжяэг.ая отношением модулей сззага,- пгяэрязж по рвзогзвеаэа lactosa кр^хияьвнх колебаний

п по лтсп0?згспгз'д пргшс! гэ7.3"»

. В рааямз 5.2 psscœss^jsa гоазосв опреетявная дивашческях «сетлгй ¡ляпггсвspssïero совэдзз ковстрвкииояЕЮс ьатерналов-Взскяря га », что "rxœçsza""" ввзяюСеоета твердых тел довольно каа по вгозавзга» •папрюзр, в гзкгоегяга я хазагла, зваягэ етюпЕгЗгзЭГ гпдэтевгв ia«spraaa подчас соваряавво

КСЙХОД^'О.. 27Э Га0505СЯ,. 2 чпз?£?02Г:Т, ПЗ^айВЯ ПОЗе.ДвПИЯ Ï23P-

ят. С'Г'1 "'Г*яо::п; псог.глозанп,': а практического

пря-тзяшзяг еггвггзззггего sastra, оягвавЕого з глава 4, изузе-ггя 20sasctr05w. сзгзпзгзяг явгкпвЗшк. s^jreob для псслв-

orofco пгеггагэз, 3C5CS ебвгжззгв.» с^ззгсчсгкг: вззгдазосхв бохса-кзвас дсс-ía-^nro wrspçics ïjs:: глсасаяз гзясаеЗиоЗ зпрггосги кояст-^asco-tcsr дагаязчссавиз ивгодо&х (с всйодьзованпзи

зтотэзшжх п одагогс: -»га) {п. 3.2.1}«

Дгл йЕссзпсактаабкого опрвгзившх этих констант надо сда-гага го sra{lss2 кзрз гря. аггавазазо: Езкэрекия величин валинчй-SES аф?сгя-бз. гсхавааsssaussß порядок проведения та-

azs сзагрпагЗ, сЗрзбохлп пх рззяльхзгоэ з спавхя точности опре-яэгзггз гоаотажг, рэзрабогаса саз&гегао с НИРЗИ, авсхвхзхси кггавгзз a йампззкм огеягросазрхя пи, З.О.Пагоза АН УССР. Она ?гзс!:гяягв?-яга eimoía овзедзггак: юот«в2 яаяяве4ной уяэуго-û?s иатзргагоа: огйогазкй па зпрдгго-гжгсгвчасяом эффекте и еа пзрззвааяазса ззагкояейетспа ocrmoS звзхочасхп-гноа (звуксзой) а егабо! 2Е»сяа*га8гохйой (»льтразагковой) увругях воли

Зй»с& вретвдзпо арагтегзскр* реуоазвззшия по из^йpassa г.с.з-

ca-ifJT глэ^гос?;: -.r«;

cc.su Tugrroa^c^cívyc.-.oro с.T:^..

^¿^л-;.:;::,.* ГЛ.С;. с z¡rú

kxuL'', , -i-.;":..; ^'./лЧ'З"::

ходейс (п. S.S.*:;. il; р^гул^г.;^;,: ; к^^та

pt" ¿^^¡iiidri'coïi:, ¿zzKiZjzxczzz ¿..и;::,

I;O¿ ^ossa ь сх-эд—i '„-.»с;- :; и с-»;х;и.г.

В ризьелз Б.S Oí^aaaü гизвад^'^^п гз t.":¿r,¡ ; чсо::о^ ^otoi£ícrccn!» :: : íc.;

X21.CXJ3KE su ^tx îi-iiî£T—¿;

:.:r:oro n^r^c^púi;^

i:.. ¿„o Í:E;íüíjCj ¿Eír^::: ¿ Г.

Обрезках СГ.,^» «/.^JÍ,

сояяекз ccv^c.i ; ^г-зхдг'з»

для ¿л:i;.,;?:;*-.::::;- ~ '

in. 5.3.1). OiUBzüosi»,

0* J^îir.j с spntGHiû, vi'O ^озгжзшзгь t.::: ста çpc'Jsaro con;^.:;., :; ;л сз:.с_з ',:v,-С Bßasßt^cofi здр.'госгл E.Ä3T~;2£> с,;::.".;:::-: ' t;£2-глзонп: ьапра-JL";^ ^ :: гг.;:.:;;....;;: .....

лря Eosíí-aisr.» i- и:.;—v г»»

он гоэеохлзз -ззз™?

so atfoor^aoi: Глсбь .с-wt

двух уеругсза;: { Д Й ü ) ru'..': сS

iSBOOTL'iü £0 Ttzzcszízzjz:: i ;, :. :.. « ~

для мздз.(п. Ь.3,2).

Сфорьчгт'рога^«* прглягла

на ос в023 я5£5с22 «süoäviius- w^aïoja; »20

1, geita^wqcrg сзеогк^З r^u;;:;.

ОСКГОШЗ РЕЗУЛЬТАТЫ ЛШЕРТИШ

1. Теоретически псслэдоваво распространение узкопопоеного голпоеого пзазта з структу*ло-неодЕородной средя. На этой осно-20 предложен усовзрзэпствоганный импульсный метод определения (§53020:1 скорости' упругих воля я вовне способы опенки диссива-T02HUX з дгзпорсиэняых сзойстз твердых срод. т

2. Зкспсрслевтальпо обнаружены эффекты частотной модуляции . п изменения основной частоты при распространении ультразвуковых импульсов с плавной'огибавсзЗ э конструкционных интервалах, яте позволяет использовать првдгогзняиэ метода на практика.

3. Разработав плпгаьевый акустический' метод определения плоского гапряззппого состояния ортотропвых материалов, бази-pjcatffis ка гзкзравяз sjeuemi распространяя импульсов продоль-«г* я едзагогее гола гт гчагвкшапЗ згвяшя структурной неоднородности иваргагд ва его еззсэдпеш» характеристики. Проработано иэзрогэггггзегоз и аппаратурное обеспечение метода.

"' i..Э2СЕзрг^звт125СЭ сбгхрз~зво и исследовано явление дзна-m.t3gcso5 «Г.-гстс^пругсстз з дезструггцгогшпх материалах, изкзрв-вв голетгокяяйгз ара^торгзтгзл оффзхта и оиэеэвв возможности aro призвания.

5 i рлзрх^згзпз взразрупгзхиз cs$стичзсдиз методы иссдедо-зайл.с апизстропия, структурной' кеоднородвостл матзриагез и зле-«птоз трупхпй, гзтод^гв спредзягвия харазтзргстп; лг.кеЗ-

и зз-гггйнеЛ упругости твердых тзл.

ОСНОБгЫЕ ПТБШАПП

I ГЛзтод'с'л дхзгпсатпро". апгя дсвструйзр.онпых материалов. Опрз-дзлзкп-з ковзтапт упругости третьего nonata акустическим кз-то~ом. - Горький: Гп ЗЕ-ГгГ-.'ЛП, 1573 . 32 с. Автор::: Гузь А.П.. Г:;пп. О,;-:., Гусяв 3.3., Г'.очзхога Н.Д., Ховяхсз 5.А., лря-зз З.Н., Лбгдзз В.л., :.;ахорт З.Г., Нзкпгжгь Н.Г., Гагате* Г.... 2. Яззодпка. •Г-зхнгчгек&г диагностика. Спрздз гапугучп э элэ:.:?Г5тах конструкций акустически:: :/.-зго-с:.:. - Гзр?.:-:;:^: Г' ЗЕЗЕДП. 1577 . 22с. литеры: ГЗПЬ А.Н.. ГУ ra 0.:1., • В.л., з.к., 1'ахорт "5.Г., .й.гкгти?г F.3-

J. ^етодийа. Диагностирование ког^тгукипонз;гх

jsesssia jsaEsxssassu: конкЕавг snpyrocsn второго порядка йЕГсги^азЭйа «загаяаи. - Горший: Гф ВШШШЗ. 1979.' 32 с. Автора: Кси^з ¿LA-, Дпизтпна Н.Е., Островский Л.А., .Се-коян С.С. .Суббохгга В.Х.- Сутпя АЛЛ.

4. Методика. Расчета я испытания на прочность в машиностроения. Зкспвримейтапмшз «этоды определения напряЕвнно-деформиро-ванного состояния элементов машин и конструкций. Акустические методы определения остаточных напрязовай в конструкционных материалах. - Горький: Гф ВНИИМШ. 1980. 28 с. Авторы: Конвхов Б.А., Никитина Н.Е., Усольпева Л.А.

5. Калмыков Э.Б., Конвхов Б.А., Никитина Н.Е., Пкскарев В.Д.. Сб экспериментальной оценке влияния формы заготовок Еа распределение структурных напряжений по площади прокатанных листов // Технология дехких сплавов. 1980. ß I. С. II-I3.

6. Калмыков Э.Б., Конвхов Б.А., Никитина Н.Е., Пискарев В.Д., Углов А.Л. К вопросу опалки неоднородности пластической деформации легких сплавов акустическим методом // Технология легких сплавов. 1981. Я 8. С. 61-62.

7. Конюхов Б.А., Никитина Н.Е., Розенталь A.B., Углов А.Л. Акустический метод определения напряжений в условиях структурной неоднородности материала // Доклада X Акуст.конф-и. Секция Н.-М.: Акуст. институт. 1983. С. 127-130.

8. Никитина Н.Е. Акустоупругость и вопроси се прантвчгсхого -применения // Длффорет. в интегральные уравневся:. Цзевуз. сб. / Горьк. ун-т. 1985. С. II9-I20.

9. Быстров В.Ф., Гузовский В.В., Болотов В.О., Нккстина Н.Е. Влияние технологической обработке высокопрочной стали на коэффициента упруго-акустической связи // Дефектоскопия. 1986. 5 7. С. 92-93.

10. Никитина Н.Е. Распространение упругих импульсов в средах с микроструктурой // Дпфференц. и интегральные уравнения^ Шявуз. сб. /Горьк. ун-т. 1986. С. 106-107.

11. Никитина Н.Е. Спстеиа уравнений скустоупругости для плоского напряженного состояния // Приал. задачи динамики систем / Сб. научн. трудоэ. - Горький: Горьк. ун-т. 1987. С. 176-183.. ДШ в ВИНИТИ 24.i39.87. ß 6843-В87.

12. A.C. а 1295363. ШИ ^ 04 F Ю/00. Измеритель времанных ивтервалов / Грс-уогласов Н.Ы., Гаврилов H.H., Нвкитина Н.Е., Куваковская 1.К. - J5 3780489. Заявлено 14.08.84. Опубл.

8.П.87.

13. Гузовскяй В.В., Золотов ВЛ., дарзов Г.П., Конахов Б.А., Никитина Н.Е. Повышение точности акустического метода опре* деления остаточзых напряжений в сварных конструкциях // Судостроение. 1983. .4 5. С. 41-42.

14. Никитина Н.Е. Влияние микроструктуры «а скорость упругих волн // Материалы XI ваучн. конф-я мол. ученых мехмата з

НИИ механики при 1ТУ. - Горький: Горьк. ун-т. 1988. С. 31-35. ДЕЛ з ВИНИТИ 8.07.88. & 5526-В88

15. Никитина Н.Е. Разработка технических требований л ультразвуковым преобразователям для контроля маппн э процессе эксплуатации // Повапевие эффективности эксплуатации :«апип з оборуд-я на основе стандартизация / Сб. яаучн. трудов В 62.- У.: ВНИИЖаШ. 1988. С. 78-81.

'16. НгкяТйна Н.Е. Об одной составляющей погрешности измерения фазовсй скорости ультразвука импульсным-методов //Дэ^зкто-скопил. 1989. й 8. С. 23-29.

17, Демвднкср.Д., Никитина Н.Е., Шапошников В.И. Ультразвуковой контроль эффективности сяикеякя остаточных напряжений.-- Киев: Ред. аурв. "Автоматическая сварка". 1989. II с. ДШ в ВИНИТИ C3.08.G9. И 5377-В83.

18. Никитина Н.З. Акустоупругость и контроль налряяеяий в элементах кашит. Препринт Л 21/Гф РИШ АН СССР. Горький. 1990. 19 с.

18. йжвтява Я.2. Влияние структуры аояструкцловного материала ва параметры упруго-акустического эффекта // Волновые зада-чп кехангяи / Сб. яаучн. трудов. - Горький: Гй 1Г/АП АН СССР. 15?О. С. 99-105.

20.' Никитина II 3. Использование частотнчх характеристик упругих волн при практическом ресеяяи задач акустоупругостгг // Доклады XI Акуст. конф-п. Секция II. - г'.: Акуст. ан-т. 1991. С. 67-70.

21. Никитина Н.Е., Розенйлаи Л.А. Исследование явявягя вляами-ческой акустоупзугостп 2 кбнструкдгайпих материалах // Дефектоскопия. 1933. 3 8. С. 33-33.

22. Никитина Н.Е. Об одном решения задачи о распространении " волн © перябадческк-наоднородноД среде // Волновые задача кехааг.хи /Сб. научн. трудоэ. - Й.Нозгород; Нф1ШАЖ РАН.

" В32. С. 75-73.

23. Никитина Н.Е. Об измерении дисперсионных параметров твердых сред импульсным методом // Волновые задачи механики / Сб. ваучв. трудов. - Н.Новгород: Нф 12,"АШ РАН. 1992. С. 141-149.

2Ч-. Kikitiaa H.ïe. Diagnostics of natexials and products with the help of elastic pulses // Wave processes in aachinery and structures / Proc. ЕШ0ИЕСН-295. H.Hovgorod. 1992. P. 56-57.