Дистанционная диагностика материалов с микро- и наномасштабными дефектами методом сканирующей лазерной виброметрии (1102640)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛомоносоваФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 534.2Изосимова Мария ЮрьевнаДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА МАТЕРИАЛОВ СМИКРО- И НАНОМАСШТАБНЫМИ ДЕФЕКТАМИМЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЛАЗЕРНОЙВИБРОМЕТРИИСпециальность: 01.04.06 – акустикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2009Работа выполнена на кафедре акустики физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Коробов Александр ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Балакший Владимир Ивановичкандидат физико-математических наук,Прохоров Вячеслав МаксимовичВедущая организация:Учреждение Российской академии наукИнститут радиотехники и электроникиим.
В.А.Котельникова РАНЗащита состоится “22” октября 2009 года в 16:00 на заседанииДиссертационного Совета Д.501.001.67 при Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва,Ленинские горы, МГУ, физический факультет, физическая аудитория им.Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “22” сентября 2009 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.001.67кандидат физ.-мат. наук, доцентА.Ф. Королев2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследованияУникальные диагностические возможности упругих волн обуславливаютнеослабевающий интерес к разработке новых сверхчувствительных методовакустического неразрушающего контроля свойств материалов.
Эти методыпризваны найти принципиально новые решения задач диагностики структурныхи усталостных изменений материалов и конструкций авиационной, космическойиатомнойпромышленности,находящихсявэкстремальныхусловияхэксплуатации.В материалах с дефектами наряду с нелинейностью сил межмолекулярноговзаимодействия (классическая нелинейность), приводящей к нелинейной связимежду механическим напряжением и деформацией, проявляется структурная(неклассическая) нелинейность.
Необходимо отметить, что одним из первыхвлияния дефектов на нелинейные акустические свойства твердых тел исследовалпрофессор В.А. Красильников с сотрудниками на кафедре акустики физическогофакультета МГУ в 1963 году.Структурная нелинейность определяется надмолекулярной внутреннейструктурой твердого тела (дислокациями, границами микрокристаллическихзерен, микротрещинами, локальными внутренними напряжениями и т.д.) и можетна 2-4 порядка превышать классическую нелинейность. Физические механизмыструктурной нелинейности до настоящего времени изучены недостаточно.Поэтому экспериментальные исследования влияния внутренней структурыматериалов с микро- и наномасштабными дефектами на их линейные и упругиенелинейные свойства носит не только фундаментальный характер, но имеет ибольшое прикладное значение при создании новых методов для неразрушающегоконтроля.Использование акустических волн позволило сделать акустический контролькачества универсальным, т.е.
применимым для объектов любой формы сразмерами от нескольких миллиметров до сотен метров. Применение волн Рэлеяультразвукового диапазона позволило контролировать поверхностный слойобразца(выявлениеповерхностныхи3подповерхностыхдефектов).Винженерных конструкциях широко применяются пластины и оболочки. Дляконтроля качества таких конструкцийнаиболее удобными оказались волныЛэмба, в частности «медленная» нулевая антисимметричная, или изгибная, мода.Использование медленных волн Лэмба, а тем более нелинейных особенностей ихраспространения в неоднородном материале, позволяет значительно повыситьвозможности акустических методов диагностики.Не менее важной является также задача диагностики резиноподобныхматериалов, обладающих аномально малыми значениями модуля сдвига (softsolids).
К таким материалам относятся образования в биологических тканях.Существующиеиширокораспространенныеметодыультразвуковойдиагностики, к сожалению, не позволяют диагностировать на ранних стадияхпатологические изменения в них.Проблема акустической диагностики материалов поставлена перед проектомЕвропейского Совета NATEMIS (Nonlinear Acoustic Techniques for Micro-ScaleDamage Diagnostics), в котором участвуют ученые из 12 стран Европы.
Работы вэтом направлении активно ведутся в ведущих университетах США инациональных ядерных центрах в Ливерморе и Лос-Аламосе, в Германии(Штутгартский университет). Учитывая особую важность проблемы, в 2005 г.была проведена объединенная научная сессия Отделения физических наук РАН иОбъединенного физического общества Российской Федерации "Нелинейнаяакустическая диагностика". На сессии были представлены доклады ученых изИПФ РАН (Нижний Новгород), Акустического института (г.
Москва), ИОФ РАН(г. Москва), физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. В этихдокладах приведен обзорный и оригинальные материалы.Однако, несмотря на большое количество научных публикаций поисследованию нелинейных явлений в структурно неоднородных средах, имеетсяряд нерешенных проблем. В частности недостаточно исследованы нелинейныеакустические явления в материалах с микро - и нанодефектами. До сих пор нетобщепринятогоопределенияколичественныххарактеристикструктурнойнелинейности, таких, каким является нелинейный акустический параметр длябегущих волн. Сравнительно мало экспериментальных работ по визуализации иполучению акустических изображений остаточных напряжений и дефектов в4этих перспективных для науки материалах.
Поэтому тема диссертации,посвященная теоретическим и экспериментальным исследованиям влияния налинейныеинелинейныенаномасштабнымиупругиедефектамиихсвойстваматериаловсвнутреннейструктурыимикро-иостаточныхнапряжений, представляется актуальной и имеет большое прикладное значение.Целью настоящей работы является:Теоретические и экспериментальные исследования влияния на линейные инелинейные упругие свойства материалов с микро - и наномасштабнымидефектами их внутренней структуры и остаточными напряжениями, разработкаэкспериментальных методов для дистанционной визуализация и локализацияостаточныхнапряженийидефектоввметаллическихпластинахирезиноподобных материалах методами нелинейной акустики с использованиемдистанционной лазерной виброметрии.Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:− Разработкаисозданиеавтоматизированнойэкспериментальнойустановки для дистанционной диагностики твердотельных пластин ирезиноподобныхматериаловсиспользованиемлазерногосканирующего виброметра.− Исследование особенностей распространения волн Лэмба конечнойамплитуды в твердотельных пластинах с дефектами.− Разработка и реализация метода определения пространственногораспределения нелинейных акустических параметров в твердотельныхпластинах с дефектами.− Разработка дистанционного метода диагностики резиноподобныхматериалов с помощью воздушного ультразвука и методами лазернойвиброметрии.Научная новизна и практическая ценность1.
Теоретически и экспериментально исследованы особенности нелинейныхсвойств твердых тел с дефектами. Рассчитана объемная нелинейностьтвердого тела, содержащего модельные дефекты в зависимости от ихконцентрации.52. Разработаниэкспериментальнореализованметодопределенияпространственного распределения квадратичного и кубичного нелинейныхакустических параметров в тонкой пластине на основе измеренныхраспределений амплитуд первых трёх гармоник волны Лэмба, возбуждаемойв пластине внешним источником.
Установлено, что пространственноераспределениенелинейныхакустическихпараметровкоррелируетсраспределением дефектов в тестируемом образце.3. Экспериментально исследованы особенности распространения амплитудномодулированных волн конечной амплитуды в пластинах с дефектами.Показанапринципиальнаядетектированиявозможностьиспользованияамплитудно-модулированногометодовсигналаупругойнелинейностью для диагностики дефектной структуры материалов.Защищаемые положения:1.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований особенностейнелинейных акустических свойств материалов с нано - и микродефектамиразличного вида.2. Результатыструктурыдистанционнойматериаловдиагностики(металлическихивизуализациипластинидефектнойрезиноподобныхматериалов) методами нелинейной акустики и лазерной виброметрии.3. Методики расчета и представления пространственного распределениянелинейного акустического параметра в пластинах с дефектами порезультатам экспериментальных измерений.Апробация работы и публикацииПо результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано19 научных работ, в том числе 3 статьи в Акустическом журнале, 1 статья вжурнале «Известия РАН.
Серия физическая» и 1 статья в журнале PhysicsProcedia, а также в 14 статей и тезисах в трудах научных конференций.Результаты диссертации были доложены автором на 6 российскихконференциях (в том числе на 17-20 сессиях Российского акустическогообщества) и школах-семинарах, и на 7 международных конференциях (в том6числе ICUltrasonics (Vienna, 2007, Santiago, 2009), Acoustics’08 (Paris, 2008), 18thInternational Symposium on Nonlinear Acoustics (Stockholm, 2008)) и научныхшколах (Imaging, Communication, and Disoder (Cargese, France, 2006) и Linear andNonlinear Acoustics: Modern Trends and Applications (Les Housches, France 2008)) .Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, двух частей, основныхрезультатов и списка цитируемой литературы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
