ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕГУЩИХ ВОЛН ПРИ БЕСКОНТАКТНОМ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ АНИЗОТРОПНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПЛАСТИН

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках полуаналитической компьютерной модели, базирующейся на решении пространственной краевой задачи о взаимодействии поля воздушно-связного ультразвукового преобразователя с композитной пластиной из волоконно-армированных слоев-препрегов, исследуется влияние анизотропии композита и угла наклона бесконтактного преобразователя на диаграммы направленности, амплитудно-частотные характеристики и дисперсионные свойства возбуждаемых в пластине бегущих волн. Волновое поле описывается решением связной задачи для системы источник — акустическая среда — композитная пластина, полученным в виде контурных интегралов обратного преобразования Фурье от матрицы Грина рассматриваемой волноводной структуры и параметров источника. Применение к ним техники теории вычетов и метода стационарной фазы дает явное физически наглядное представление для бегущих волн, бесконтактно возбуждаемых в композитной пластине. На этой основе определяются значения оптимальных углов наклона преобразователя для возбуждения волн требуемого типа на заданных центральных частотах. Приводятся численные результаты, иллюстрирующие зависимость амплитудно-частотных характеристик возбуждаемых волн и оптимального угла наклона преобразователя от упругих свойств и строения образцов

Об авторах

Ольга Александровна Ермоленко

Кубанский государственный университет

Email: o.ermolenko.a@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3814-6550

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института математики, механики и информатики

Россия, 350040 Краснодар, ул. Ставропольская, 149

Евгений Викторович Глушков

Кубанский государственный университет

Email: evg@math.kubsu.ru

Профессор, главный научный сотрудник Института математики, механики и информатики 

Россия, 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская 149

Наталья Вилениновна Глушкова

Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nvg@math.kubsu.ru

Профессор, главный научный сотрудник Института математики, механики и информатики 

Россия, 350040 Краснодар, ул. Ставропольская, 149

Список литературы

  1. Rubino F., Nisticó A., Tucci F., Carlone P. Marine Application of Fiber Reinforced Composites: A Review // J. Mar. Sci. Eng. 2020. V. 8 (1). Article number 26.
  2. Khan F., Hossain N., Mim J.J.,Rahman Sm.M., Iqbal Md.J., Billah M., Chowdhury M.A. Advances of composite materials in automobile applications — A review // Journal of Engineering Research. 2024. (In Press)
  3. Ince C., Peerzada M., Mathews L.D., Pai A.R., Al-qatatsheh A., Abbasi S., Yin Y., Hameed N., Duffy A.R., Lau A.K., Salim N.V. Overview of emerging hybrid and composite materials for space applications // Adv. Compos. Hybrid. Mater. 2023. V. 6. Article number 130.
  4. Raghavan A., Cesnik C.E.S. Review of Guided-Wave Structural Health Monitoring // The Shock and Vibration Digest. 2007. V. 39. P. 91—114.
  5. Giurgiutiu V. Structural health monitoring with piezoelectric wafer active sensors. Oxford, UK: Elsevier Academic Press, 2014. P. 1024.
  6. Farlow R., Kelly S.P., Hayward G. Advances in air coupled NDE for rapid scanning applications //1994 Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium. 1994. V. 2. P. 1099—1102.
  7. Grandia W., Fortunko C. NDE applications of air-coupled ultrasonic transducers // IEEE Ultrasonic Symposium, Proceedings. 1995. V. 1. P. 697—709.
  8. Castaings M., Cawley P. The generation, propagation, and detection of Lamb waves in plates using air-coupled ultrasonic transducers // J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 100. No. 5. P. 3070—3077.
  9. Safaeinili A., Lobkis O.I., Chimenti D.E. Quantitative materials characterization using air-coupled leaky Lamb waves // Ultrasonics. 1996. V. 34. P. 393—396.
  10. Дерусова Д.А., Нехорошев В.О., Шпильной В.Ю., Raut A.V. Применение импульсного газоразрядного электроакустического преобразователя для задач дефектоскопии // Дефектоскопия. 2024. № 12. С. 30—43.
  11. Derusova D.A., Vavilov V.P., Nekhoroshev V.O., Shpil’noi V.Yu. Characterizing air-coupled gas discharge acoustic transducers by using scanning laser Doppler refracto-vibrometry // Optics and Lasers in Engineering. 2024. V. 175. Article number 108043.
  12. Chimenti D.E. Review of air-coupled ultrasonic materials characterization // Ultrasonics. 2014. V. 54. No. 7. P. 1804—1816.
  13. Castaings M., Hosten B. Air-coupled measurement of plane wave, ultrasonic plate transmission for characterising anisotropic, viscoelastic materials // Ultrasonics. 2000. V. 38. P. 781—786.
  14. Hosten B., Castaings M., Tretout H., Voillaume H. Identification of composite materials elastic moduli from Lamb wave velocities measured with single sided, contactless ultrasonic method // AIP Conf. Proc. 2001. V. 557. P. 1023—1030.
  15. Dahmen S., Ketata H., Ben Ghozlen M.H., Hosten B. Elastic constants measurement of anisotropic Olivier wood plates using air-coupled transducers generated Lamb wave and ultrasonic bulk wave // Ultrasonics. 2010. V. 50. P. 502—507.
  16. Takahashi T., Lematre M., Fortineau J., Lethiecq M. Elastic parameters characterization of multilayered structures by air-coupled ultrasonic transmission and genetic algorithm // Ultrasonics. 2022. V. 119. Article number 106619.
  17. Zhang H., Liang D., Rui X., Wang Z. Noncontact damage topography reconstruction by wavenumber domain analysis based on air-coupled ultrasound and full-field laser vibrometer // Journal of Sensors. 2021. V. 21. Is. 2. P. 609.
  18. Lingyu Yu., Wenfeng X., Hanfei M., Giurgiutiu V. Delamination imaging in composites using cross-correlation method by non-contact air-coupled Lamb waves // Smart Materials and Structures. 2023. V. 32. Article number 105013.
  19. Kažys R., Demčenko A., Žukauskas E., Mazeika L. Air-coupled ultrasonic investigation of multi-layered composite materials // Ultrasonics. 2006. V. 44. Suppl 1. P. e819—22.
  20. Wandowski T., Mindykowski D., Kudela P., Radzienski M. Analysis of Air-Coupled Transducer-Based Elastic Waves Generation in CFRP Plates // Sensors. 2021. V. 21. Article number 7134.
  21. Bartoli I., Marzani A., di Scalea F.L., Viola E. Modeling wave propagation in damped waveguides of arbitrary cross-section // J. Sound Vib. 2006. V. 295. P. 685—707.
  22. Huber A. Non-destructive testing of future rocket boosters using air-coupled ultrasound / Proceeding of the 19th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016). (Germany, Munich, 13—17 June 2016). 2016. P. 1—9.
  23. Adebahr W., Bernhardt Y., Kreutzbruck M. 3D-robotized air-coupled ultrasound measurements of large components / Proceeding of the 19th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016). (Germany, Munich, 13—17 June 2016). 2016. P. 1—8.
  24. Bernhardt Y., Kreutzbruck M. Integrated defect sensor for the inspection of fiber-reinforced plastics using air-coupled ultrasound // J. Sens. Sens. Syst. 2020. V. 9. P. 127—132.
  25. Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Ермоленко О.А. Моделирование работы бесконтактного ультразвукового преобразователя в системах активного волнового мониторинга тонкостенных конструкций // Дефектоскопия. 2022. № 8. С. 12—24.
  26. Федоров Ф.И. Теория упругих волн в кристаллах. М.: Наука, 1965. 388 с.
  27. Петрашень Г.И. Распространение волн в анизотропных упругих средах. Л.: Наука, 1980. 280 с.
  28. Rokhlin S., Chimenti D., Nagy P. Physical Ultrasonics of Composites. New York, NY: Oxford University Press, 2011. 378 p.
  29. Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Мякишева О.А. Распределение энергии ультразвукового излучателя между бегущими волнами, возбуждаемыми в погруженном упругом волноводе // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 6. С. 723—735.
  30. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Miakisheva O.A. Backward waves and energy fluxes excited in acoustic medium with an immersed plate // Ultrasonics. 2019. V. 92. P. 158—168.
  31. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Eremin A.A., Miakisheva O.A. Ultrasonic inspection of anisotropic laminate plates immersed in acoustic medium // Materials Physics and Mechanics. 2019. V. 42. P. 491—501.
  32. Ermolenko O.A., Glushkov E.V., Glushkova N.V. Ultrasonic Inspection of Fluid-Loaded Anisotropic Laminate Plates / 2024 Days on Diffraction (DD) (St. Petersburg, 10—14 June 2024). 2024. P. 25—30.
  33. Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Кривонос А.С. Возбуждение и распространение упругих волн в многослойных анизотропных композитах // Прикл. математика и механика. 2010. № 74. С. 297—305.
  34. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Eremin A.A. Forced wave propagation and energy distribution in anisotropic laminate composites // Journal of the Acoustical Society of America. 2011. V. 129. P. 2923—2934.
  35. Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Варелджан М.В. Сравнительный анализ эффективности программной реализации полуаналитических методов расчета волновых полей в многослойных анизотропных композитах // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математическое моделирование и программировани» (Вестник ЮУрГУ ММП). 2022. Т. 15. № 2. С. 56—69
  36. Christensen R.M. Mechanics of Composite Materials. N.Y.: Wiley-Interscience, 1979.
  37. Меркулов Л.Г. Затухание нормальных волн в пластинах, находящихся в жидкости // Акуст. журн. 1964. Т. 10. № 2. С. 206—212.
  38. Rokhlin S.I., Chimenti D.E., Nayfeh A.H. On the topology of the complex wave spectrum in a fluid-coupled elastic layer // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. No. 3. P. 1074—1080.
  39. Shuvalov A.L., Poncelet O., Deschamps M. Analysis of the dispersion spectrum of fluid-loaded anisotropic plates: flexural-type branches and real-valued loops // Journal of Sound and Vibration. 2006. V. 290. P. 1175—1201.
  40. Shuvalov A.L., Poncelet O., Deschamps M. Analysis of the dispersion spectrum of fluid-loaded anisotropic plates: leaky-wave branches // Journal of Sound and Vibration. 2006. V. 296. P. 494—517.
  41. Sessarego J.-P., Sagéloli J., Gazanhes C., Überall H. Two Scholte-Stoneley waves on doubly fluid-loaded plates and shells // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101. No. 1. P. 135—142.
  42. Miakisheva O.A., Glushkov E.V., Glushkova N.V. Air-coupled ultrasonic inspection of anisotropic composite plates / 2020 Days on Diffraction (DD) (St. Petersburg, 25—29 May 2020). 2020. P. 79—84.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».