pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2021-12-4-301-310pimi-735Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsВлияние геометрии и граничных условий в области сцепления материалов на рассеяние ультразвуковых волн. Ч. 2. Особенности экспериментального моделированияInfluence of Geometry and Boundary Conditions in Area of the Cohesion between Materials on the Reflection of an Ultrasonic Beam. Part 2. Features of Experimental SimulationБаевА. 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.byЛевковичН. В.LevkovitchN. V.

пр-т Независимости, 4, г. Минск 220030

Nezavisimosti Ave., 4, Minsk 220030, Belarus

АсадчаяМ. В.AsadchayaM. V.

Академическая, 16, г. Минск 220072

 Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

МайоровА. Л.MayorovA. L.

Академическая, 16, г. Минск 220072

 Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

РазмысловичГ. И.RazmyslovichG. I.

Академическая, 16, г. Минск 220072

 Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

БурносА. Ю.BurnosA. Y.

Академическая, 16, г. Минск 220072

 Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

Институт прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UnivercityBelarusИнститут прикладной физики Национальной академии наук БеларусиBelarus202122122021124301310Copyright © Баев А.Р., Левкович Н.В., Асадчая М.В., Майоров А.Л., Размыслович Г.И., Бурнос А.Ю., 20212021Баев А.Р., Левкович Н.В., Асадчая М.В., Майоров А.Л., Размыслович Г.И., Бурнос А.Ю.Baev A.R., Levkovitch N.V., Asadchaya M.V., Mayorov A.L., Razmyslovich G.I., Burnos A.Y.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/735

Повышение эффективности акустической диагностики объектов со слоистой структурой применительно к выявлению слабо выявляемых дефектов сцепления материалов является важной производственной задачей. Цель работы состояла в экспериментальном моделировании рассеяния ультразвуковых волн на образцах предложенных конструкций имитаторов дефектов с дискретно и плавно изменяющимися граничными условиями, коррелирующими с фазовой характеристикой продольных волн в процессе их взаимодействия с дефектной границей контактирующих материалов.

Проведён краткий анализ некоторых методов и средств экспериментального моделирования рассеяния объёмных и поверхностных волн на границах контактирующих материалов применительно к совершенствованию метода обнаружения слабо выявляемых дефектов сцепления (адгезии) материалов. Для этого разработана и изготовлена иммерсионная установка, работающая в теневом режиме и позволяющая моделировать пространственные поля рассеянных продольных волн на неоднородной или дефектной границе сцепления материалов. Как предполагается, взаимодействующие с такой границей волны приобретают дискретный или плавно изменяющийся фазовый сдвиг, существенно сказывающийся на формировании поля рассеяния в его периферийной зоне. Увеличение же этого сдвига позволяет значительно повысить чувствительность обнаружения слабо выявляемых дефектов.

Проведено экспериментальное исследование рассеяния продольных волн на разработанной установке и имитаторах дефектов, моделирующих дискретно и плавно изменяющиеся граничные условия, которые согласуются с изменением фазового сдвига рассеиваемых волн. Получены амплитудные зависимости поля рассеяния в зависимости от угла их приема в диапазоне от 20º до + 20º и смещения центра моделируемого дефекта относительно оси зондирующего акустического луча. Как установлено, наблюдается качественное соответствие между расчётными и опытными данными.

Настоящие исследования представляют интерес для решения ряда задач по повышению эффективности ультразвукового контроля современных объектов со слоистой структурой и будут способствовать расширению возможностей использования предложенного метода.

Improving the efficiency of diagnostics of objects with layered structure as applied to detection of poorly detectable material bonding defects is an important production task. The aim of the work was to experimentally simulate ultrasonic scattering by samples of proposed defect simulator designs with discretely and smoothly varying boundary conditions correlating with the phase response of longitudinal waves during their interaction with the defect boundary of contacting materials.

A brief analysis of some methods and means for experimental simulation of the volume and surface wave scattering at the interfaces of contacting materials as applied to improvement of method of detection of poorly detectable adhesion defects of materials proposed earlier was carried out. For this purpose an immersion installation working in the shadow mode and allowing for simulation the spatial fields of scattered longitudinal waves at inhomogeneous or defective adhesion boundaries was developed and constructed. It is assumed that the waves interacting with such a boundary acquire a discrete or smoothly varying phase shift which significantly affects the formation of the scattering field in its peripheral zone. The greater this shift, the stronger these changes are, which can significantly increase the sensitivity of detection of poorly detected defects.

In order to increase the efficiency of such inspection and to develop its methodology a new principle of simulation of such defects has been proposed.

Experimental study of longitudinal waves scattering using the developed installation and defect simulators, simulating discretely and smoothly changing boundary conditions which are consistent with a change in the phase shift of the scattered waves is carried out. The amplitude dependences of the scattering field vs. the receiving angle received mainly in the range from - 20º to + 20º and the displacement of the simulated defect relative to the axis of the probing acoustic beam were obtained.

As it has been established, there is a quality conformity between the calculated and experimental data. The present study is of interest for solving a number of tasks of increasing efficiency of ultrasonic testing of modern objects with layered structure and will contribute to practical application.

ультразвуковые волнырассеяние ультразвуканеоднородные граничные условияимитатор дефектафазовый сдвигultrasonic wave scatteringnon-uniform boundary conditionsdefect simulatorphase shiftacoustic loadReferencesNondestructive Testing: Handbook: In 7 vols. Ed. V.V. Klyuev. Moscow: Mashinostroenie Publ., 2003, vol. 3, 864 p.Nondestructive Testing: Handbook: In 7 vols. Ed. V.V. Klyuev. Moscow: Mashinostroenie Publ., 2003, vol. 3, 864 p.Lavrentyev A.I., Rochlin S.I. Ultrasonic spectroscopy of imperfect interfaces between a layer and two solids. J. Acoust. Soc. Amer., 1998, vol. 103, pp. 657–664.Lavrentyev A.I., Rochlin S.I. Ultrasonic spectroscopy of imperfect interfaces between a layer and two solids. J. Acoust. Soc. Amer., 1998, vol. 103, pp. 657–664.Santo J.B., Santon M.J. Ultrasonic interferometry for the evaluation of thickness and adhesion of thin layers. Abstracts of 4 International Conference on NDT, China, Greece, 2007, p. 22.Santo J.B., Santon M.J. Ultrasonic interferometry for the evaluation of thickness and adhesion of thin layers. Abstracts of 4 International Conference on NDT, China, Greece, 2007, p. 22.Chambers J.K., Tucker J.R. Bound line analysis using swept-frequency ultrasonic spectroscopy. Insight, 1999, vol. 41, no. 3, pp. 151–155.Chambers J.K., Tucker J.R. Bound line analysis using swept-frequency ultrasonic spectroscopy. Insight, 1999, vol. 41, no. 3, pp. 151–155.Kruger S.E., Lord M., Levesque D., Bakker A.J. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laserultrasound. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Golden, Colorado, 2007, vol. 975, pp. 279–285. DOI: 10.1063/1.2902670Kruger S.E., Lord M., Levesque D., Bakker A.J. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laserultrasound. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Golden, Colorado, 2007, vol. 975, pp. 279–285. DOI: 10.1063/1.2902670Bostrom A., Wikcham G. On the boundary conditions for ultrasonic transmission by partially closed crack. Journ. Non-Destruct. Eval., 1991, iss. 10, pp. 139–149. DOI: 10.1007/BF00567096Bostrom A., Wikcham G. On the boundary conditions for ultrasonic transmission by partially closed crack. Journ. Non-Destruct. Eval., 1991, iss. 10, pp. 139–149. DOI: 10.1007/BF00567096Giller G.A., Mogilner L.Yu., Khomenkl V.I. Ultrasonic chord probes for flaw detection of welded butt pipelines. Testing. Diagnostics, 2000, no. 9, pp. 22–47.Giller G.A., Mogilner L.Yu., Khomenkl V.I. Ultrasonic chord probes for flaw detection of welded butt pipelines. Testing. Diagnostics, 2000, no. 9, pp. 22–47.Pecorary C. Scattering of a Rayleigh wave by a surface-breaking crack with faces in partial contact. Wave motion, 2001, vol. 33, pp. 259–270. DOI: 10.1016/S0165-2125(00)00070-6Pecorary C. Scattering of a Rayleigh wave by a surface-breaking crack with faces in partial contact. Wave motion, 2001, vol. 33, pp. 259–270. DOI: 10.1016/S0165-2125(00)00070-6Drinkwater B., Dwyer-Joyce R., Cawley P. A study of the transmission of ultrasound across solid-rubber interfaces. J. Acoust. Soc. Amer., 1997, vol. 101, iss. 2, pp. 970–981. DOI: 10.1121/1.418055Drinkwater B., Dwyer-Joyce R., Cawley P. A study of the transmission of ultrasound across solid-rubber interfaces. J. Acoust. Soc. Amer., 1997, vol. 101, iss. 2, pp. 970–981. DOI: 10.1121/1.418055Kim H.-J., Song S.-J., Kim D.-Y., Kwon S.-D. Evaluation of thin coating layers using Rayleigh-like waves. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Golden, Colorado, 2007, vol. 975, pp. 1066–1073. DOI: 10.1063/1.2902550Kim H.-J., Song S.-J., Kim D.-Y., Kwon S.-D. Evaluation of thin coating layers using Rayleigh-like waves. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Golden, Colorado, 2007, vol. 975, pp. 1066–1073. DOI: 10.1063/1.2902550Abbakumov K.E., Konovalov R.S. Influence of violation of acoustic contact on the distribution of Stoneley waves near the boundary of solid half-spaces. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2008, no. 44, pp. 196–201. DOI: 10.1134/S1061830908030054Abbakumov K.E., Konovalov R.S. Influence of violation of acoustic contact on the distribution of Stoneley waves near the boundary of solid half-spaces. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2008, no. 44, pp. 196–201. DOI: 10.1134/S1061830908030054Jerzak W., Siegman W.L., Collinz H.D. Modeling Rayleigh and Stonely Waves and other Interface and Boundary Effects with the Parabolic Equation. J. Acoust. Soc. Amer., 2005, vol. 117, iss. 6, pp. 3497–3503. DOI: 10.1121/1.1893245Jerzak W., Siegman W.L., Collinz H.D. Modeling Rayleigh and Stonely Waves and other Interface and Boundary Effects with the Parabolic Equation. J. Acoust. Soc. Amer., 2005, vol. 117, iss. 6, pp. 3497–3503. DOI: 10.1121/1.1893245Baev A.R., Asadchaya M.V. Features of the reflection of an acoustic beam from a surface with nonuniform boundary conditions. Part 1. Theoretical analysis. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2010, vol. 46, no. 8, pp. 547–558. DOI: 10.1134/S1061830910080012Baev A.R., Asadchaya M.V. Features of the reflection of an acoustic beam from a surface with nonuniform boundary conditions. Part 1. Theoretical analysis. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2010, vol. 46, no. 8, pp. 547–558. DOI: 10.1134/S1061830910080012Baev A.R., Levkovich N.V., Mayorov A.L., Asadchaya M.V. [Scattering of Elastic Waves by an Inhomogeneous Boundary in the Acoustic Testing of Permanent Joints]. Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 4, рр. 360–372 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-4-360-372Baev A.R., Levkovich N.V., Mayorov A.L., Asadchaya M.V. [Scattering of Elastic Waves by an Inhomogeneous Boundary in the Acoustic Testing of Permanent Joints]. Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 4, рр. 360–372 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-4-360-372

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