Модель формирования акустических характеристик твердых сред с упорядоченной трещиноватостью

Введение. Появление новых конструкционных материалов и совершенствование имеющихся технологий изготовления из них новых видов изделий приводят к появлению новых видов нарушений сплошности. В связи с этим актуальной для целей неразрушающего контроля и структурометрии является задача разработки новых моделей нарушений сплошности, учитывающих ранее не принимавшиеся во внимание параметры.

Цель работы. Теоретическое описание процессов распространения упругих волн через среду, содержащую упорядоченную решетку микротрещин с граничными условиями в приближении "линейного скольжения", модернизированными с учетом параметров микровыступов шероховатых границ микротрещин. Формирование базы данных для экспериментальных исследований при определении физико-механических характеристик конструкционных материалов.

Материалы и методы. Акустические характеристики материалов определялись на основе вывода и решений дисперсионных уравнений, описывающих образование и распространение в упругих средах с упорядоченной трещиноватостью эффективных продольных и поперечных, а также поверхностных волн.

Результаты. Результаты моделирования процессов формирования упругих волн показали, что увеличение концентрации микротрещин приводит к уменьшению значений фазовых скоростей эффективных продольных, поперечных и поверхностных волн и повышению коэффициентов затухания при заданных значениях частоты ультразвука и параметров материала.

Заключение. Учтенные параметры модели: среднее значение радиуса микросферы, замещающей микровыступ поверхности, и параметр шероховатости R_z существенно влияют на формирование физико-механических характеристик материалов, определяемых по результатам ультразвуковых измерений. Разработанная модель может рекомендоваться в качестве научной базы для интерпретации результатов ультразвуковых измерений.

1. Петрашень Г. И. Распространение волн в анизотропных упругих средах. Л.: Наука, 1980. 280 с.

2. Гузь А. Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями. Киев: Наук. думка, 1986. 536 с.

3. Горбацевич Ф. Ф. Отражение и преломление упругих волн на границе раздела сред. Апатиты: Кольский филиал РАН, 1985. 98 с.

4. Achenbach J., Kitachara M. Reflection and transmission of an obliquely incident wave by an array of spherical cavities // J. Acoust. Soc. Amer. 1986. Vol. 80, № 4. P. 1209–1214. doi: 10.1121/1.393812

5. Reusseau M. Floquet wave properties in a periodically lagered medium // J. Acoust. Soc. Amer. 1989. Vol. 86, № 6. P. 2369–2378.

6. Jose M. Carcione anisotropic Q and velocity dispersion of finely layered media // Geophysical Prospecting. 1992. Vol. 40. P. 761–783.

7. Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 1996. 184 с.

8. Luk’yashko O. A., Saraikin V. A. Transient one-dimensional wave processes in a layered medium // J. of Mining Science. 2007. Vol. 43. P. 145–158. doi: 10.1007/s10913-007-0017-3

9. Dynamics of structural interfaces: Filtering and focussing effects for elastic waves / M. Brun, S. Guenneau, A. B. Movchan, D. Bigoni // J. Mech. Physics Solids. 2010. Vol. 58, iss. 9. P. 1212–1224. doi: 10.1016/j.jmps.2010.06.008

10. Panasyuk O. N. Propagation of Quasishear Waves in Prestressed Materials with Unbonded Layers // Int. Appl. Mech. 2011. Vol. 47. P. 276–282. doi: 10.1007/s10778-011-0458-x

11. Панасюк О. Н. Анализ влияния граничных условий на распространение волн в слоистых композитных материалах // Прикладная механика. 2014. № 4. С. 52–58.

12. Аббакумов К. Е., Цаплев В. М. Волновые задачи акустических методов неразрушающего контроля. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2015. 336 с.

13. Experimental research into possibilities and peculiarities of ultrasonic testing of additive manufactured parts / N. P. Aleshin, V. V. Murashov, N. A. Shchipakov, I. S. Krasnov, D. S. Lozhkova // Russian J. of Nondestructive testing. 2016. Vol. 52. P. 685–690. doi: 10.1134/S1061830916120020

14. Potapov A. I., Mahov V. E. Physical basics of evaluating elastic characteristics of anisotropic composites by ultrasonic method // Russian J. of Nondestructive testing. 2017. Vol. 53. P. 785–799. doi: 10.1134/S1061830917110080

15. Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 287 с.

16. Abbakumov K. E. Scattering of plane elastic waves on a microrough interface between solid media // Russian J. of Nondestructive testing. 2017. Vol. 53. P. 475–484. doi: 10.1134/S1061830917070026

17. Khlybov A. A. Studying the Effect of Microscopic Medium Inhomogeneity on the Propagation of Surface Waves // Russian J. of Nondestructive testing. 2018. Vol. 54. P. 385–393. doi: 10.1134/S1061830918060049

18. Муравьев В. В., Муравьева О. В., Байтеряков А. В. Структурно-чувствительные акустические параметры конструкционных сталей. Ижевск: Изд-во ИжГТУ им. М. Т. Калашникова, 2022. 152 с.

19. Аббакумов К. Е., Вагин А. В., Сидоренко И. Г. Акустические характеристики графитовых включений в листах из медного сплава, полученного по технологии двойного вакуумного переплава // Сб. статей 8-й Междунар. науч.-техн. конф. "Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов", Могилев, 29–30 сент. 2022. Могилев: Изд-во Белорус.- Рос. ун-та, 2022. С. 11–16.

20. Abbakumov K. E., Vagin A. V., Sidorenko I. G. Acoustic Characteristics of Solid Elastic Media with Oriented Microcracking // Russian J. of Nondestructive testing, 2023, Vol. 59, iss. 4. P. 393–403. doi: 10.1134/S1061830923700316