Підвищення достовірності оцінки міцності конструкційних матеріалів засобами нелінійної акустики

Abstract

В статті показано, що деякі з конструкційних матеріалів (особливо з вираженою полікристалічною структурою і/або утомними чи термічними пошкодженнями) мають аномально великі акустичні нелінійні властивості, і для діагностики таких матеріалів пропонуються засоби вимірювання амплітудно-залежних змін коефіцієнта поглинання і швидкості розповсюдження акустичних коливань. Застосування в цих засобах комутаційно-модуляційного принципу вимірювання дозволяє визначати такі амплітудно-залежні зміни на рівні десятих і навіть сотих частин відсотка.

В статье показано, что некоторые из конструкционных материалов (особенно с выраженной поликристаллической структурой и/или усталостными или термическими повреждениями) имеют аномально большие акустические нелинейные свойства, и для диагностики таких материалов предлагаются средства измерения амплитудно-зависимых изменений коэффициента поглощения и скорости распространения акустических колебаний. Применение в этих средствах коммутационно-модуляционного принципа измерения позволяет определять такие амплитудно-зависимые изменения на уровне десятых и даже сотых долей процента.

It is known that structural materials are widely used in the manufacture of various mechanisms in mechanical engineering and in the construction of buildings and structures in construction. Their main purpose – to resist external loads. Detection in such materials of both subfloor defects with a small depth and deep defects is a difficult task. This is especially true of defects that are already present in the material, but due to their low concentration cannot be detected by linear acoustic means. For example, the search for crack nuclei in structural materials that have a pronounced polycrystalline structure or fatigue or thermal damage is currently relevant. Non-linear acoustics can be used to detect such defects. Analysis of most modern works on nonlinear acoustics shows the following. First, it is believed that the presence of violations of the structure of solids by several orders of magnitude changes their nonlinear acoustic properties. Second, it is believed that acoustic nonlinearity is inherent in most real solids. Acoustic nonlinear behavior of solids is manifested in the form of various effects: nonlinear hysteresis and dissipation, frequency-dependent elastic nonlinearity, frequency-independent quality factor, and so on. One of these manifestations is amplitude-dependent changes in the absorption coefficient and the speed of propagation of acoustic oscillations, which can be affected by the number, size, orientation, distribution, degree of softness and other parameters of defects. One of the main problems in detecting such amplitude-dependent changes is their small size. They usually do not exceed tenths or even hundredths of a percent. It is almost impossible to detect such small changes by direct measurement. Therefore, the article proposes to apply the commutation-modulation principle of measurement, which allows such small changes in the absorption coefficient and propagation rate to be detected. In particular, the article proposes means of measuring separately both changes in the absorption coefficient and changes in the speed of propagation of acoustic oscillations, on the basis of which it is possible to build relationships between these changes and the level of defects.