Влияние геометрии и граничных условий в области сцепления материалов на рассеяние ультразвуковых волн. Ч. 2. Особенности экспериментального моделирования

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.

1. Nondestructive Testing: Handbook: In 7 vols. Ed. V.V. Klyuev. Moscow: Mashinostroenie Publ., 2003, vol. 3, 864 p.

2. 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.

3. 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.

4. Chambers J.K., Tucker J.R. Bound line analysis using swept-frequency ultrasonic spectroscopy. Insight, 1999, vol. 41, no. 3, pp. 151–155.

5. 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: 10.1063/1.2902670

6. Bostrom 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/BF00567096

7. 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.

8. 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)00070-6

9. Drinkwater 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: 10.1121/1.418055

10. 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, 2007, vol. 975, pp. 1066–1073. DOI: 10.1063/1.2902550

11. Abbakumov 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/S1061830908030054

12. Jerzak 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: 10.1121/1.1893245

13. Baev 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/S1061830910080012

14. Baev 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