Модель формирования акустических характеристик твердых сред с упорядоченной трещиноватостью

Abstract

Введение. Появление новых конструкционных материалов и совершенствование имеющихся технологий изготовления из них новых видов изделий приводят к появлению новых видов нарушений сплошности. В связи с этим актуальной для целей неразрушающего контроля и структурометрии является задача разработки новых моделей нарушений сплошности, учитывающих ранее не принимавшиеся во внимание параметры. Цель работы. Теоретическое описание процессов распространения упругих волн через среду, содержащую упорядоченную решетку микротрещин с граничными условиями в приближении "линейного скольжения", модернизированными с учетом параметров микровыступов шероховатых границ микротрещин. Формирование базы данных для экспериментальных исследований при определении физико-механических характеристик конструкционных материалов. Материалы и методы. Акустические характеристики материалов определялись на основе вывода и решений дисперсионных уравнений, описывающих образование и распространение в упругих средах с упорядоченной трещиноватостью эффективных продольных и поперечных, а также поверхностных волн. Результаты. Результаты моделирования процессов формирования упругих волн показали, что увеличение концентрации микротрещин приводит к уменьшению значений фазовых скоростей эффективных продольных, поперечных и поверхностных волн и повышению коэффициентов затухания при заданных значениях частоты ультразвука и параметров материала. Заключение. Учтенные параметры модели: среднее значение радиуса микросферы, замещающей микровыступ поверхности, и параметр шероховатости Rz существенно влияют на формирование физико-механических характеристик материалов, определяемых по результатам ультразвуковых измерений. Разработанная модель может рекомендоваться в качестве научной базы для интерпретации результатов ультразвуковых измерений. Introduction. The development of new structural materials and improvement of existing technologies for the production of new products on their basis lead to the emergence of new types of medium discontinuities. Therefore, the development of new models of discontinuities that take the previously ignored parameters into account seems to be relevant for the purposes of nondestructive testing and structural measurements. This concerns, e.g., the roughness of adjacent surfaces of microcrack ordered sets. Aim. Theoretical substantiation for the processes of elastic waves propagation through an elastic medium containing an ordered lattice of microcracks with boundary conditions in the linear slip approximation, modified by taking into account the parameters of micro-convexities of microcrack rough boundaries. Database formation for experimental studies aimed at determining the physical and mechanical characteristics of structural materials. Materials and methods. The acoustic characteristics of materials were determined based on the derivation and solutions of dispersion equations describing the formation and propagation of effective longitudinal, transverse, and Rayleigh surface elastic waves in elastic media with ordered cracking. Their values were also used to determine the effective speed of Rayleigh surface waves. Results. The conducted simulation of elastic wave formation processes showed that an increase in the concentration of microcracks leads to a decrease in the phase velocities of effective longitudinal, transverse, and surface waves, as well as to an increase in the attenuation coefficients at given ultrasound frequencies and material parameters. Conclusion. The radius of the microsphere that replaces the surface micro-convexity and the roughness parameter Rz have a significant impact on the formation of physical and mechanical characteristics of materials, which are determined by the results of ultrasonic measurements. The developed model can be recommended as a basis for interpreting the results of ultrasonic measurements.