pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2018-9-2-142-154pimi-376Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsТРАНСФОРМАЦИЯ И РАССЕЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН НА АКУСТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЙ. Ч. 2. Объект исследования – тело с выступомTRANSFORMATION AND SCATTERING OF SURFACE WAVES ON THE ACOUSTIC LOAD TO ULTRASONIC EVALUATION AND MEASUREMENTS. Part 2. The object to study – solid with ledgeБаевА. Р.BaevA. R.

Адрес для переписки: Баев А.Р. – Ин-т прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, ул. Академическая, 16, г. Минск 220072.    e-mail: baev@iaph.bas-net.by

Address for correspondence: Baev A.R. – Institute of Applied Physics of the National Academy of Science of Belarus, Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072, Belarus. e-mail: baev@iaph.bas-net.by

baev@iaph.bas-net.byМайоровА. Л.MayorovA. L.АсадчаяМ. В.AsadchayaM. V.КоноваловГ. Е.KonovalovG. E.СергееваО. С.SergeevaO. S.Институт прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarusБелорусско-Российский университетБеларусьBelarusian-Russian UniversityBelarus20181506201892142154Copyright © Баев А.Р., Майоров А.Л., Асадчая М.В., Коновалов Г.Е., Сергеева О.С., 20182018Баев А.Р., Майоров А.Л., Асадчая М.В., Коновалов Г.Е., Сергеева О.С.Baev A.R., Mayorov A.L., Asadchaya M.V., Konovalov G.E., Sergeeva O.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/376

Недостаток информации об особенностях процессов трансформации и рассеяния поверхностных волн в металлоизделиях с выступами, проточками, радиусными переходами и др. сказывается как на достоверности акустического контроля, так и на расширении его технических возможностей. Цель данной работы заключалась в уточнении механизма трансформации упругих мод и закономерностей формирования полей рассеянных краевых объемных волн в объектах с выступами разной геометрии, а также в установлении возможностей использования результатов исследований в области ультразвукового контроля и измерений.

Теоретически и экспериментально показано, что результирующее поле объемных мод в объекте с углом выступа 0–135° и безразмерным радиусом радиусного перехода 0–10,2 является суперпозицией поля сопутствующих и трансформированных на выступе из поверхностной волны краевой продольной и поперечной моды, существенно различающихся по направленности и амплитуде. Превалирующий по величине на ~ 10 дБ и более глобальный максимум поля поперечной моды, лежит в окрестности продолжения плоскости контактной поверхности, а обнаруженные при радиусном переходе выступа менее 1 локальные угловые осцилляции поля до ~10–20 дБ обусловлены влиянием отходящей поперечной моды, возникающей при прохождении вдоль поверхности передней грани выступа головной моды.

Данные исследований предложено использовать для ультразвукового контроля объектов сложного профиля на наличие слабо отражающих звук дефектов, изучение акустических свойств материалов по данным скорости краевых мод на разных частотах при удаленном расположении их от изучаемого объекта, а также – для излучения-приема поперечной моды разной поляризации.

The lack of information about the features of processes of the surface wave's transformation into volume waves and its scattering in metal objects with ledge, slots, grooves and the others is one of the obstacles to improve of the acoustical testing reliability and widening of technical application. The aim of this work was to study of mechanism of acoustical mode's transformation and determination the laws of the fields forming of scatted volume edge wave's in solids with ledge of different geometry and to suggest direction of the study application in area of acoustical testing and measurements.

The features of transformation of surface waves into edge transverse and longitudinal wave modes scatted and their fields forming in the volume of the object with ledge vs. its angle of the slope front surface side (0–135°) and a dimensionless transition radius (0–10,2) varied were studied. Theoretical analysis and experimental data shown that in general case the field of the edge transverse waves in the volume of ledge can be imagined as a superposition of the field of edge waves (scatted on ledge) and accompany waves too, radiated simultaneously with the surface waves to radiate. If dimensionless size of the ledge's transition radius lesser than 1 the resulting field of the edge transverse waves is the summary field of two sources. One of them (with small aperture) is localized in the vicinity of the place of intersection of contact surface with ledge's front side surface. As it was found, the second source of the edge transverse waves – the edge head longitudinal waves to appear in the results of transformation of surface waves on the ledge′s radius transition. The structure of the edge acoustic fields including their extremes vs. ledge's angle and its radius transition, position of the surface wave's probe were experimentally studied and theoretically analyzed.

Some directions of the results of researches using are the next: а) ultrasonic testing of hard-to-make technological objects in which defects have low sound reflection; b) ultrasonic structure diagnostics of solid (specimens) set far from the ultrasonic by using edge volume transverse and longitudinal modes; c) creation of new ultrasonic arrangements to sound and to receive transverse waves of different polarization.

поверхностные волныпоперечные волныпродольные волнытрансформация модполе акустического рассеянияsurface wavestransverse waveslongitudinal wavesmode's transformationfield of acoustic scatteringReferencesPecorary, C. Scattering of a ℜayleigh wave by a surface-breaking crack with faces in partial contact / C. Pecorary // Wave motion. – 2001. – Vol. 33. – P. 259–2701.Pecorary C. Scattering of a ℜayleigh wave by a surface-breaking crack with faces in partial contact. Wave motion, 2001, vol. 33, pp. 259–2701.Базулин, Е.Г. Определение типа дефекта по изображениям, полученнымметодом c-saft, сучетомтрансформации типов волн при отражении ультразвуковых импульсов от неровных границ объекта контроля / Е.Г. Базулин // Дефектоскопия. – 2011. – № 1. – С. 23–33. doi: 10.1134/S1061830911010037Bazulin E.G. Determining the Flaw Type from Images Obtained by the C-SAFT Method with Account for Transformations of Wave Types upon ℜeflections of Ultrasonic Pulses from the Irregular Boundaries of a Test Object. Russian Journal of Nondestractive Testing, 2011, vol. 47, no. 1, pp. 30–44. doi: 10.1134/S1061830911010037Ушаков, В.М. Апробация ультразвукового метода измерения размеров усталостных трещин в сталях для оценки скорости их развития в процессе эксплуатации / В.М. Ушаков, Е.И. Мамаева // Контроль. Диагностика. – 2012. – № 9.– С. 58–65.Ushakov V.M., Mamaeva E.I. [Testing of the ultrasonic method of measuring the size of fatigue cracks in steels to estimate the rate of development during the operation]. Kontrol'. Diagnostika [Testing. Diagnostics], 2012, no. 9, рр. 58–65 (in ℜussian).Баев, А.Р. Трансформация и рассеяние поверхностных волн на акустической нагрузке для ультразвукового контроля и измерений. Ч. 1. Скользящая граница / А.Р. Баев [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2018. – Т. 9, № 1. – С. 28–39. doi: 10.21122/2220-9506-2018-9-1-28-39Baev A.ℜ., Panteleenko F.I., Zakharenko V.V., ℜazmyslovich G.I., Lark K.G., Gill N.N. Transformation and scattering of surface waves on the acoustic load to ultrasonic evaluation and measurements. Part 1. The boundary of acoustic contact is sliding]. Devices and Methods of Measurements, 2018, vol. 9, no. 1, рр. 28–39 (in ℜussian). doi: 10.21122/2220-9506-2018-9-1-28-39Полупан, А.В. Ультразвуковой контроль поверхностными волнами / А.В. Полупан. – М. : Спектр, 2014. – 120 с.Polupan А.V. Ul'trazvukovoj kontrol' poverkhnostnymi volnami [Utrazonic testing by surface waves]. Moscow, Spektr Publ., 2014, 120 p. (in ℜussian).Бирюков, С.В. Поверхностные акустические волны в неоднородных средах / С.В. Бирюков, Ю.В. Гуляев, В.В. Крылов, В.П. Плесский. – М. : Наука, 1991. – 415 с.Birjukov S.V., Guljaev Ju.V., Krylov V.V., Plesski V.P. Poverkhnostnye akusticheskie volny v neodnorodnykh sredakh [Surface acoustic waves in inhomogeneous mediums]. Moscow, Nauka Publ., 1991, 415 p. (in ℜussian).Данилов, В.Н. К расчету характеристик трансформации поперечных и продольных волн на отражателях с плоскими поверхностями / В.Н. Данилов // Дефектоскопия. – 2010. – № 9. – С. 31–39. doi: 10.1134/S1061830910090068Danilov V.N. On the Calculation of the Transformation Characteristics of Transverse and Longitudinal Waves at ℜeflectors with Flat Surfaces. Russian Journal of Nondestractive Testing, 2009, vol. 46, no. 9, pp. 664–676. doi: 10.1134/S1061830910090068Аббакумов, К.Е. Влияние нарушения акустического контакта на распространение волн Стоунли вблизи границы твердых полупространств / К.Е. Аббакумов, Р.С. Коновалов // Дефектоскопия. – 2008. – № 3. – С. 52–58. doi: 10.1134/S10Abbakumov K.E., Konovalov ℜ.S. Influence of a Loss in the Acoustic Contact on the Propagation of Stoneley Waves near the Boundary between Solid HalfSpaces. Russian Journal of Nondestractive Testing, 2008, vol. 44, no. 3, pp. 196–201. doi: 10.1134/S10Baev, A.R. Excitation and propagation of subsurface vertically polarized transverse waves / A.ℜ. Baev, P.P. Prokhorenko, M.V. Asadchaya; ℜeview of Quantitative Nondestructive Evaluation // Melvile, New York, AIP Conf. Proc. / ℜeview of Quantitative Nondestructive Evaluation. – 2005. – Vol. 24. – Р. 91–96.Baev А.ℜ., Prokhorenko P.P., Asadchaya M.V. Excitation and propagation of subsurface vertically polarized transverse waves. Melvile, New York, AIP Conf. Proc. Review of Quantitative Nondestructive Evaluation, 2005, vol. 24, pp. 91–96.Разыграев, Н.П. Ультразвуковая дефектоскопия головными волнами – физические предпосылки и практическое применение / Н.П. Разыграев // Дефектоскопия. – 2004. – № 9. – С. 27–37.ℜazygraev N.P. Ultrasonic Nondestructive Testing by Head Waves: Physical Prerequisites and Practical Use., 2004, vol. 40, no. 9, pp. 593–601.Люткевич, А.М. Акустические поля малоапертурных преобразователей. Поперечные волны, излучаемые прямоугольным источником нормальной силы / А.М Люткевич, А.В. Жуков, А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин // Контроль. Диагностика. – 2004. – № 4. – C. 3–8.Ljutkevich A.M., Zhukov A.V., Samokrutov A.A., Shevaldykin V.G. [Acoustical fields of the probes with small aperture. Transverse waves, radiated by rectangular source of the normal force]. Kontrol'. Diagnostika [Testing. Diagnostics], 2004, no. 4, pp. 3–8 (in ℜussian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.