ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ПОПЕРЕЧНОЙ ВОЛНЫ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ВОЛН РЭЛЕЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Дерябин А.А.,Галенко А.А.

МГТУ им. Н.Э. Баумана


Номер: 1-1
Год: 2015
Страницы: 68-71
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

неразрушающий контроль, ультразвуковой метод, поперечная волна, non destructive testing, ultrasonic method, transverse wave

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассматриваются вопросы возбуждения поперечной волны при углах падения продольной волны на поверхность изделия более второго критического при использовании призмы, изготовленной из полисульфона.

Текст научной статьи

ВВЕДЕНИЕ При работе пьезоэлектрического преобразователя, предназначенного для возбуждения волн Рэлея, было обнаружено наличие распространения волны поперечного типа в толщине объекта контроля. Факт существования поперечных волн в подобных ситуациях был подробно исследован в работе Л.В. Басацкой и И.Н. Ермолова [1]. В работе этих ученых подробно рассмотрен процесс формирования поперечных волн при после критических углах (углах падения более второго критического), построены диаграммы направленности. Возможность использования волн поперечного типа, полученных при использовании специализированных преобразователей, возбуждающих волны Рэлея, вызывает практический интерес для параллельного контроля не только поверхности изделия, но и обнаружения внутренних дефектов сварных соединений и основного металла. На основе существующих работ по данной тематике в данной работе было сделано следующее: - получена математическая модель для построения диаграмм направленности поперечных волн при после критических углах падения продольной волны на поверхность металла, где в качестве материала призмы преобразователя используется полисульфон (скорость продольной волны 2273 м/с); - построена диаграмма направленности поперечной волны; - определен угол ввода лепестка с наибольшей амплитудой волны; - рассчитана доля энергии излучателя, которая затрачивается на формирование поперечной волны. 1. Математическая модель диаграммы направленности поперечной волны при после критических углах падения Математическая модель построена на основе работы Л.В. Басацкой и И.Н. Ермолова [1]. На рисунке 1 представлена теоретическая модель возбуждения ультразвуковых волн наклонным преобразователем. D - диаметр пьезопластины, θ- угол наклона призмы. Рис. 1. Теоретическая модель возбуждения ультразвуковых волн наклонным преобразователем Согласно [1], на свободной поверхности смещения в поперечной волне определяются следующим образом: - горизонтальная компонента смещения: (1) - вертикальная компонента смещения: (2) где R, χ - волновые числа продольной и поперечной волны, , , - направление движения расчетной поперечной волны относительно вертикали. Используя формулы (1) и (2), основываясь на методиках, описанных в [2] и [3], была разработана модель, позволяющая построить диаграмму направленности поперечной волны при углах падения больших второго критического. Для проверки работоспособности модели были проведены расчеты для условий, представленных в работе [1]: частота 2.5 МГц, D=12 мм, r = 0.2 м). Результаты расчета представлены на рис. 2 и 3. Рис. 2. Диаграмма направленности поперечных волн под вторым критическим углом (частота 2.5 МГц, D=12 мм, r=0.2 м), представленная в работе [1] Рис. 3. Диаграмма направленности поперечных волн под вторым критическим углом (частота 2.5 МГц, D=12 мм, r=0.2 м), рассчитанная на полученной модели в диапазоне + π/2. Как видно из рис. 2 и 3 получена высокая сходимость результатов, в частности, для диапазона + π/2 разность углов распространения лепестка с максимальной амплитудой составила 2 градуса, что приемлемо. Следовательно, полученная модель пригодна для дальнейших расчетов. 2. Расчет диаграммы направленности для преобразователя с призмой из полисульфона На рисунке 4 представлен эскиз преобразователя, для которого необходимо провести расчет. Рис. 4. Эскиз преобразователя На рисунке 5 представлена диаграмма направленности заданного преобразователя (рис.4) в диапазоне углов + π/2 для частоты 500 кГц. Как видно из рисунка 5, угол наклона лепестка с максимальной амплитудой составляет 86 градусов. Рис. 5. Диаграмма направленности заданного преобразователя с призмой из полисульфона в диапазоне углов + π/2 для частоты 500 кГц Расчет распределения энергий показал, что на формирование поля поперечной волны идет не более 11.2% от общей энергии, что неприемлемо для проведения качественного контроля. Выводы 1. Построение диаграммы направленности поперечных волн специализированного ПЭП с призмой из полисульфона показало, что при углах падения продольных волн больших второго критического, возбуждается поле поперечных волн, уходящих в металл, где угол наклона лепестка с максимальной амплитудой диаграммы составляет 86 градусов (угол падения 48.5 град., частота 500 кГц). 2. Расчет распределения энергий показал, что на формирование поля поперечной волны идет не более 11.2% от общей энергии, что неприемлемо для проведения качественного контроля сварных соединений и конструкций.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.