Дослідження згасання ультразвукових хвиль при їх проходженні та відбитті від одношарових матеріалів з порами різного розміру

Abstract

Мета роботи – дослідити як змінюється згасання ультразвукових хвиль у різних одношарових матеріалах з наявними порами різного розміру. Зазначене необхідне для можливості створення безконтактних засобів ультразвукового контролю таких матеріалів. У роботі для аналізу процесу взаємодії ультразвукових хвиль з одношаровими матеріалами з різними порами та для аналізу зміни амплітудного згасання зондуючих коливань використовувався метод визначення відносної зміни цього параметру з врахуванням товщини або поверхневої густини матеріалу. Наведено вирази для модулів комплексного коефіцієнту проходження та відбиття ультразвукових хвиль від одношарових матеріалів з малими порами, а також від текстильних одношарових матеріалів із наскрізними порами, крізь які проходить більша частина коливань. Приведені залежності відносних змін амплітудних згасань хвиль від частоти коливань, товщини та поверхневої густини матеріалу. Показано, що згасання амплітуди ультразвукових хвиль, які взаємодіють з одношаровими матеріалами з малими порами та згасання коливань для одношарових текстильних полотен можуть сильно відрізнятися одне від одного. Ця різниця спричинена огинанням частини звукових хвиль самих волокон текстильних полотен з наскрізними порами при взаємодії з ними зондуючих коливань. Отримано залежності відносних змін різниці модулів з врахуванням згасання та без нього для комплексних коефіцієнтів відбиття та проходження ультразвукових хвиль. Зазначені коливання, що взаємодіють з одношаровими матеріалами з різними порами, розглядаються з врахуванням частоти ультразвукових хвиль, розмірів пор, товщини або поверхневої густини самого матеріалу. Отримані залежності для визначення згасання амплітуди зондуючих ультразвукових хвиль від структури, пористості матеріалу, його товщини або поверхневої густини. Це дасть можливість створювати безконтактні засоби контролю для матеріалів із складною внутрішньою структурою та налаштовувати їх в автоматичному режимі на зміну розмірів пор, що може суттєво впливати на похибки таких приладів. На точність приладів, які будуть налаштовуватися на складну структуру контрольованого одношарового матеріалу, буде впливати саме параметр згасання зондуючих коливань. У майбутньому цей напрямок досліджень дозволить створювати безконтактні методи та засоби контролю технологічних параметрів різних одношарових матеріалів та інтегрувати такі прилади та системи безпосередньо у виробничий процес.

Цель работы – исследовать как меняется затухание ультразвуковых волн в различных однослойных материалах с имеющимися порами разного размера. Указанное необходимо для возможности создания бесконтактных средств ультразвукового контроля таких материалов. В работе для анализа процесса взаимодействия ультразвуковых волн с однослойными материалами с различными порами и для анализа изменения амплитудного затухания зондирующих колебаний использовался метод определения относительного изменения этого параметра с учетом толщины или поверхностной плотности материала. Приведены выражения для модулей комплексного коэффициента прохождения и отражения ультразвуковых волн от однослойных материалов с малыми порами, а также от текстильных однослойных материалов со сквозными порами, через которые проходит большая часть колебаний. Приведены зависимости относительных изменений амплитудных затуханий волн от частоты колебаний, толщины и поверхностной плотности материала. Показано, что затухание амплитуды ультразвуковых волн, которые взаимодействуют с однослойными материалами с малыми порами и затухание колебаний для однослойных текстильных полотен могут сильно отличаться друг от друга. Эта разница вызвана огибанием части звуковых волн самих волокон текстильных полотен со сквозными порами при взаимодействии с ними зондирующих колебаний. Получены зависимости относительных изменений разницы модулей с учетом затухания и без него для комплексных коэффициентов отражения и прохождения ультразвуковых волн. Указанные колебания, взаимодействующих с однослойными материалами с различными порами, рассматриваются с учетом частоты ультразвуковых волн, размеров пор, толщины или поверхностной плотности самого материала. Полученные зависимости для определения затухания амплитуды зондирующих ультразвуковых волн от структуры, пористости материала, его толщины или поверхностной плотности. Это позволит создавать бесконтактные средства контроля для материалов со сложной внутренней структурой и настраивать их в автоматическом режиме на изменение размеров пор, что может существенно влиять на погрешности таких приборов. На точность приборов, которые будут настраиваться на сложную структуру контролируемого однослойного материала, будет влиять именно параметр затухания зондирующих колебаний. В будущем это направление исследований позволит создавать бесконтактные методы и средства контроля технологических параметров различных однослойных материалов и интегрировать такие приборы и системы непосредственно в производственный процесс.

Research of attenuation of ultrasonic waves in various single-layer materials with available pores of different sizes changes in this work. The above is necessary for the possibility of creating non-contact means of ultrasonic testing of such materials. In the work to analyze the processes of interaction of ultrasonic waves with single-layer materials and various changes depending on the thickness or basis weight of the material. Expressions are given for the modules of the complex coefficient of transmission and reflection of ultrasonic waves from single-layer materials with small pores, as well as from textile single-layer materials with through pores, through which most of the vibrations pass. The dependences of relative changes in the amplitude attenuation of waves on the oscillation frequency, thickness and basis weight of the material are given. It is shown that the attenuation of the amplitude of ultrasonic waves that interact with single-layer materials with small pores, and the damping of vibrations for single-layer textile fabrics can be very different from each other. This difference is caused by the bending of part of the sound waves of the fibers of textile fabrics with through pores during the interaction of vibrations. The dependences of the relative changes in the difference of the modules with and without attenuation are obtained for the complex reflection and transmission coefficients of ultrasonic waves. These vibrations interacting with single-layer materials with different pores are considered taking into account the frequency of ultrasonic waves, pore sizes, thickness or basis weight of the material itself. The obtained dependences for determining the attenuation of the amplitude of the probe ultrasonic waves on the structure, porosity of the material, its thickness or surface density. This will allow to create non-contact control tools for materials with complex internal structures and automatically configure them to change pore sizes, which can significantly affect the errors of such devices. The accuracy of the devices that will be tuned to the complex structure of the monolayer material being controlled will be affected precisely by the attenuation parameter of the probe oscillations. In the future, this line of research will make it possible to create non-contact methods and means of monitoring the technological parameters of various single-layer materials and integrate such devices and systems directly into the production process.