Влияние геометрии и граничных условий в области сцепления материалов на рассеяние ультразвуковых волн. Ч. 1. Теоретическое моделирование

Повышение эффективности, надёжности и производительности ультразвукового контроля соединения материалов сваркой, пайкой, склеиванием и др. является важной народнохозяйственной задачей. Цель работы состояла в установлении условий повышения чувствительности и достоверности обнаружения дефектов сцепления материалов на основе моделирования полей ультразвуковых мод, рассеянных дефектами разной геометрии.

Впервые в максимальном приближении выполнен расчёт и анализ полей рассеяния ультразвуковых волн при перемещении пятна акустического луча в виде эллипса или длинной полосы относительно дефектной области с дискретными и плавно изменяющимися в ней граничными условиями. Для характеристики последних с точки зрения взаимодействия упругой волны с границей сред предложено использовать преимущественно фазовый сдвиг θ между волнами, рассеянными от дефектной и бездефектной границы, существенно сказывающийся на изменении параметров результирующего поля рассеяния в его периферийной зоне. Т. е., θ является важным параметром, характеризующим степень сцепления материалов и оказывающим превалирующее влияние на чувствительность предлагаемого метода обнаружения слабо выявляемых дефектов.

Установлены особенности эволюции структуры полей рассеяния, являющиеся первичными для разработки методик контроля сцепления материалов предложенным методом. При достаточно малых значениях угла приёма ультразвуковых колебаний в меридиональной плоскости максимум чувствительности измерений достигается в динамическом режиме и приёме рассеянных волн под азимутальными углами, соответствующими 1-му экстремуму диаграммы направленности поля рассеяния опорного акустического луча.

1. Nondestructive Testing: Handbook: In 7 vols. Klyuev. Vol. 3. Moscow: Mashinostroenie, 2003, 864 p.

2. Kim 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, 22‒27 July 2007, vol. 927, iss. 1, pp. 1066‒1073. DOI: 10.1063/1.2902550

3. Adamyan Yu.E., Belov A.A., Greshnevikov K.V., Zhabko G.P., Kolodkin I.S., Krivosheev S.I., Magazinov S.G., Svechnikov E.L., Titkov V.V. Identification of transverse material boundaries in multilayer anthropogenic structures. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 4, pp. 185‒196. DOI: 10.1134/S106183091604001X

4. Murashov V.V., Sliussarev M.V. Detection of cracks in parts made of polymer composites and multilayer glued structures by low-frequency acoustic method. Defectoscopy, 2016, no. 6, pp. 27‒34.

5. Santo J.B., Santon M.J. Ultrasonic interferometry for the evaluation of thickness and adhesion of thin layers. Abstracts of 4th International Conference on NDT, China, Greece, 2007, p. 22.

6. Chambers J.K., Tucker J.R. Boundline analysis using swept-frequency ultrasonic spectroscopy. Insight, 1999, vol. 41, no. 3, pp. 151‒155.

7. Kruger S.E., Lord M., Levesque D., Bakker A.J. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laser-ultrasound. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Golden, Colorado, 22‒27 July 2007, vol. 975, iss. 1, pp. 279‒285. DOI: 10.1063/1.2902670

8. Gurevich S.Yu., Petrov Yu.V., Golubev E.V., Shulginov A.A. EMA registration of ultrasonic Lamb waves excited by laser nanopulses. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2013, vol. 49, no. 8, pp. 431‒435. DOI: 10.1134/S1061830913080056

9. Baev A.R., Asadchaya M.V. Part 1. Features of acoustic beam reflection from a surface with non-uniform boundary conditions. Part 1. Theoretical analysis. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2010, vol. 46, no. 8, pp. 3‒17. DOI: 10.1134/S1061830910080012

10. Baev A.R., Levkovich N.V., Mayorov A.L., Asadchaya M.V. Rasseyanie uprugih voln neodnorodnoj granicej pri akusticheskom kontrole neraz"yomnyh soedinenij [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