<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">radioelectronics</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Journal of the Russian Universities. Radioelectronics</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1993-8985</issn><issn pub-type="epub">2658-4794</issn><publisher><publisher-name>Saint Petersburg Electrotechnical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.32603/1993-8985-2018-21-6-91-101</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">radioelectronics-279</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MEASURING SYSTEMS AND INSTRUMENTS BASED ON ACOUSTIC, OPTICAL AND RADIO WAVES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>РАСПРОСТРАНЕНИЕ КРУТИЛЬНЫХ ВОЛН В ДВУХСЛОЙНОЙ ТРУБЕ С УЧЕТОМ КОНТАКТНОЙ ЖЕСТКОСТИ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>TORSIONAL WAVE SCATTERING IN TWO-LAYER PIPE WITH ACCOUNT FOR CONTACT RIGIDITY</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Аббакумов</surname><given-names>К. Е.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Abbakumov</surname><given-names>Konstantin E.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Аббакумов Константин Евгеньевич – доктор технических наук (2000), профессор (2001), заведующий кафедрой электроакустики и ультразвуковой техники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 150 научных работ. Сфера научных интересов – неразрушающий контроль, акустика, техническая диагностика.</p><p>ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Konstantin E. Abbakumov – D.Sc. in Engineering(2000), Professor (2001), Head of the Department of Electroacoustics and Ultrasonic Engineering of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 150 scientific publications. Area of expertise: non-destructive testing; acoustics; technical diagnostics.</p><p>5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">KEAbbakumov@etu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Степаненко</surname><given-names>Н. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Stepanenko</surname><given-names>Nikolay V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Степаненко Николай Вадимович – магистр техники и технологии по направлению "Приборостроение" (2009), ассистент кафедры электроакустики и ультразвуковой техники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор трех научных публикаций. Сфера научных интересов – неразрушающий контроль, акустика, техническая диагностика.</p><p>ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Nikolay V. Stepanenko – Master’s Degree in Instrument Engineering (2009), assistant of the Department of Electroacoustics and Ultrasonic Engineering of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 3 scientific publications. Area of expertise: non-destructive testing; acoustics; technical diagnostics.</p><p>5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">NVStepanenko@etu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI"</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>12</month><year>2018</year></pub-date><volume>0</volume><issue>6</issue><fpage>91</fpage><lpage>101</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Аббакумов К.Е., Степаненко Н.В., 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Аббакумов К.Е., Степаненко Н.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Abbakumov K.E., Stepanenko N.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://re.eltech.ru/jour/article/view/279">https://re.eltech.ru/jour/article/view/279</self-uri><abstract><p>Двухслойные трубы получают все более широкое распространение в различных областях промышленности и хозяйственной деятельности. Применение такого класса изделий обусловлено особыми условиями эксплуатации. Это повышенная температура, агрессивная среда, повышенное давление. Такие изделия зачастую имеют ограниченный доступ. Поэтому невозможно использовать методы контроля, предполагающие полное сканирование поверхности, без полного извлечения изделия из рабочей среды. Статья посвящена исследованию распространения волн в двухслойной трубе с учетом жесткости контакта между ее слоями. Рассмотрено распространение волн в двухслойной трубе с известными упругими параметрами материалов. Аналитическим решением уравнения движения относительно векторного и скалярного потенциалов получено дисперсионное уравнение. Оно описывает частотное распределение фазовых скоростей возможных волн в исследуемом волноводе. Аналогичным образом получено дисперсионное уравнение для двухслойной трубы с учетом степени жесткости контакта между слоями. Для этого в граничные условия введены дополнительные слагаемые, включающие нормальный и тангенциальный коэффициенты контактной жесткости. Показано, что в обоих случаях крутильные волны отделяются от других видов волн и могут быть рассмотрены отдельно. На основе численного решения дисперсионного уравнения рассмотрено возможное поведение дисперсионных кривых без учета контактной жесткости, а также с учетом контактной жесткости при различных коэффициентах перфорации. Сделан вывод о влиянии контакта между слоями на поведение крутильных волн в двухслойной трубе. Аналогичным методом решена задача для модели однородной трубы с внутренним расслоением. Даны рекомендации по учету выявленных закономерностей при создании ультразвуковых методов контроля, основанных на распространении крутильных волн.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The purpose of the paper is to study the wave propagation in a two-layer pipe, taking into account the rigidity of the contact between its layers. It is considered by solving the equation of motion for the vector and scalar potentials. A dispersion equation describing the frequency distribution of the phase velocities of waves in the waveguide under investigation is derived. In order to take into account the degree of contact rigidity between layers additional terms are added to the boundary conditions, including the normal (kGN) and tangential (kGT) contact rigidity coefficients. It is shown that torsional waves are separated from other types of waves and can be considered separately. The example of a numerical solution of the dispersion equation shows the possible behavior of dispersion curves without regard to the contact rigidity. The similar problem solution is provided with allowance for contact rigidity at various perforation coefficients. A conclusion is drawn on the effect of contact between layers on torsional wave behavior. The similar method solves the problem for a homogeneous pipe with internal stratification. Recommendations are given for taking into account the revealed regularities in the development of ultrasonic methods of control based on torsional wave propagation.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>нормальные волны</kwd><kwd>крутильные волны</kwd><kwd>неразрушающий контроль</kwd><kwd>ультразвук</kwd><kwd>труба</kwd><kwd>дисперсионные кривые</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>guided waves</kwd><kwd>torsional waves</kwd><kwd>non-destructive testing</kwd><kwd>ultrasonic</kwd><kwd>pipe</kwd><kwd>dispersion curves</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена в рамках государственной работы "Проведение научно-исследовательских работ (фундаментальных научных исследований, прикладных научных исследований и экспериментальных разработок)" базовой части государственного задания Минобрнауки России (код проекта:8.6743.2017/8.9).</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Взаимодействие крутильных волн с дефектами насосно-компрессорных труб, обусловленными протирами и разностенностью / Г. А. Буденков, О. В. Недзвецкая, С. А. Мурашов, А. А. Короткова // Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства: тр. науч.-техн. конф., Ижевск, 14–15 апр. 2006 г.Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2006. С. 81–89.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Budenkov G.A., Nedzveckaja O.V., Murashov S.A., Korotkova A.A. Vzaimodejstvie krutil'nyh voln s defektami nasosno-kompressornyh trub, obuslovlennymi protirami i raznostennost'ju [Torsional Wave Interaction with Pipe Defects Caused by Wipes and Difference in Wall Thickness]. Priborostroeniev XXI veke. Integracija nauki, obrazovanija i proizvodstva [Instrument Engineering in the XXI century. Integration of Science, Education and Production] Izhevsk, Izh-GTU Publ. 2006, pp. 81–89 (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Взаимодействие крутильных волн с продольными трещинами труб / Г. А. Буденков, О. В. Недзвецкая, Д. В. Злобин, С. А. Мурашов // Дефектоскопия. 2006. № 6. С. 57–66.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Budenkov G. A, Nedzveckaya O. V., Zlobin D. V., Murashov S. A. Interaction of Torsion Waves with Longitudinal Cracks in Tubes. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2006, no. 6, pp. 392–397.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Буденков Г. А., Недзвецкая О. В., Далати М. О возможностях акустической дистанционной дефектоскопии протяженных объектов // Дефектоскопия. 2003. № 11. С. 30–33.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Budenkov G. A, Nedzveckaya O. V., Dalati M. On Possibilities of Acoustic Remote Nondestructive Testing of Long Objects. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2003, no. 11, pp. 833–836.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мурашов С. А., Коробейникова О. В. Основные параметры акустического контроля протяженных объектов различного профиля с использованием крутильных волн // Вестн. Ижевского гос. техн. ун-та. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010. № 2(46). С. 84–88.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Murashov, S. A., Korobejnikova O. V. Basic Parameters of Acoustic Testing of Extended Objects of Various Profiles Using Torsional Waves. Vestnik Izhevskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Bulletin IzhSTU]. 2010, no. 2(46), pp. 84–88. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Rapid, Long-Range Inspection of Chemical Plant Pipework Using Guided Waves / D. Alleyne, B. Pavlacovic, M. Lowe, P. Cawley // Insight . 2001. № 43. P. 93–96, 101.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alleyne D., Pavlacovic B., Lowe M., Cawley P. Rapid, Long-Range Inspection of Chemical Plant Pipework Using Guided Waves. Insight. 2001, no. 43, pp. 93–96, 101.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Alleyne D., Lowe M., Cawley P. The Reflection of Guided Waves from Circumferential Notches in Pipes // J. of Applied Mechanics. 1998. № 65. P. 635–641.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alleyne D., Lowe M., Cawley P. The Reflection of Guided Waves from Circumferential Notches in Pipes. Journal of Applied Mechanics. 1998, no. 65, pp. 635–641.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Practical Long Range Guided Wave Testing: Applications to Pipes and Rails / P. Cawley, M. J. S. Lowe, D. H. Alleyne, B. Pavlacovic, P. Wilcox // Materials Evaluation. 2003. № 61 (1). P. 66–74.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cawley P., Lowe M. J. S., Alleyne D.H., Pavlacovic B., P. Wilcox. Practical Long Range Guided Wave Testing: Applications to Pipes and Rails. Materials Evaluation. 2003, no. 61 (1), pp. 66–74.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cui L., Liu Y., Soh C. K. Torsional- Guided Waves for Monitoring Cylindrical Structures Using Piezoelectric Macro-Fiber Composite // Health Monitoring of Structural and Biological Systems. Las Vegas, United States, 6–10 March 2011. SPIE. 2011. Vol. 7984. P. 798401–798409.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cui L., Liu Y., Soh C. K. Torsional- Guided Waves for Monitoring Cylindrical Structures Using Piezoelectric Macro-Fiber Composite. Health Monitoring of Structural and Biological Systems. Las Vegas, United States. 6–10 March 2011. SPIE. 2011, vol. 7984, pp. 798401–798409.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">The Reflections of the Fundamental Torsional: Mode from Cracks and Notches in Pipes / A. Demma, P. Gawley, M. Lowe, A. G. Roosenbrand // The J. of the Acoustical Society of America. 2003. №114(2). P. 611–625;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Demma A., Gawley P., Lowe M., Roosenbrand A. G. The Reflections of the Fundamental Torsional: Mode from Cracks and Notches in Pipes. The Journal of the Acoustical Society of America. 2003, no. 114(2), pp. 611–625.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ditri J. Utilization of Guided Elastic Waves for the Characterization of Circumferential Cracks in Hollow Cylinders // The J. of the Acoustical Society of America. 1994. № 96. P. 3769–3775.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ditri J. Utilization of Guided Elastic Waves for the Characterization of Circumferential Cracks hvHollow Cylinders. The Journal of the Acoustical Society of America. 1994, no. 96, pp. 3769–3775.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hayashi Т . Rose J. L. Guided Wave Simulation and Visualization by a Semianalytical Finite Element Method // Materials Evaluation. 2003. № 61 (1). P. 75–79.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hayashi Т . Rose J. L. Guided Wave Simulation and Visualization by a Semianalytical Finite Element Method. Materials Evaluation. 2003, no. 61 (1), pp. 75–79.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hua J, Rose J. L. Guided Wave Inspection Penetration Power in Viscoelastic Coated Pipes // Insight. 2010. 52 (4). P. 195–205.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hua J, Rose J. L. Guided Wave Inspection Penetration Power in Viscoelastic Coated Pipes. Insight. 2010, 52 (4), pp. 195–205.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ratassepp M., Fletcher S., Lowe M. J. S. Scattering of the fundamental torsional mode at an axial crack in a pipe// The J. of the Acoustical Society of America. 2010. № 127. P. 730–740.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ratassepp M., Fletcher S., Lowe M. J. S. Scattering of the Fundamental Torsional Mode at an Axial Crack in a Pipe. The Journal of the Acoustical Society of America. 2010, no. 127, pp. 730–740</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Velichko A., Wilcox P. D. Excitation and scattering of guided waves: Relationships between solutions for plates and pipes// The J. of the Acoustical Society of America. 2009. № 125. P. 3623–3631.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Velichko A., Wilcox P. D. Excitation and Scattering of Guided Waves: Relationships between Solutions for Plates and Pipes. The Journal of the Acoustical Society of America. 2009, no. 125, pp. 3623–3631.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Barshinger J. N., Rose J. L. Guided wave propagation in anelastic hollow cylinder coated with a viscoelastic material.// IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency. 2004. Vol. 51, № 11. P. 1547–1556.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Barshinger J. N., Rose J. L. Guided Wave Propagation In Anelastic Hollow Cylinder Coated With A Viscoelastic Material. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency. 2004, vol. 51, no. 11, pp. 1547–1556.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bocchini P., Marzani A., Viola E. Graphical user interface for guided acoustic waves // J. of Computing in Civil Engineering . 2011. № 25(3). P. 202–210.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bocchini P., Marzani A., Viola E. Graphical user interface for guided acoustic waves. Journal of Computing in Civil Engineering. 2011, no. 25(3), pp. 202–210.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gazis D. C. Three Dimensional Investigation of the Propagation of Waves in Hollow Circular Cylinders // The J. of the Acoustical Society of America. 1959. № 31. P. 568–578.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gazis, D. C. Three dimensional investigation of the propagation of waves in hollow circular cylinders// The Journal of the Acoustical Society of America. 1959. no. 31, pp. 568–578.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каплан М. Д., Веремеенко С. В. Распространение нормальных волн в композиционном (двуслойном) стержне // Дефектоскопия. 1987. № 12. С. 78–87.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kaplan M. D. Veremeenko S .V. Normal Wave Propagation in a Composite (Two-Layer) Rod. Defektoskopiya, [Flaw detection]. 1987, no. 12, pp. 78–87. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gan W. S, Gauge invariance Approach to Acoustic Fields // Acoustical Imaging; ed. Iwaki Akiyama. 2007. Vol. 29. P. 389–394.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gan W. S. Gauge invariance Approach to Acoustic Fields. Acoustical Imaging; ed. Iwaki Akiyama. 2007, vol. 29, pp. 389–394.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Аббакумов К. Е. Отражение и прохождение упругих волн на плоской границе с нарушенной адгезией твердых сред // Неразрушающий контроль и диагностика: тез. докл. 15-й Рос. науч.-техн. конф., М., 28 июня – 2 июля 1999 г. М.: РОНКТД, 1999. С. 334.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Abbakumov K. E. Otrazhenie i prohozhdenie uprugih voln na ploskoj granice s narushennoj adgeziej tverdyh sred [Elastic Wave Reflection and Passage on Flat Boundary with Broken Adhesion of Solid Media] Nerazrushajushhij kontrol' i diagnostika:Tez. dokl. 15-j Ros. nauch.- tehn. konf. [Non-Destructive Testing and Diagnostics. Proc. of the 15th Russian scientific and technical conf.]. Moscow, 28 june- 2 july 1999, 334 p. (In Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
