Особенности распространения нормальных волн SV-поляризации в полимерных композиционных материалах на основе углеродного волокна
Авторы: Алешин Н.П., Дерябин А.А., Щипаков Н.А., Козлов Д.М. | Опубликовано: 04.07.2023 |
Опубликовано в выпуске: #3(108)/2023 | |
DOI: 10.18698/1812-3368-2023-3-85-99 | |
Раздел: Физика | Рубрика: Акустика | |
Ключевые слова: полимерный композиционный материал, неразрушающий контроль, нормальная волна с SV-поляризацией, дисперсионные кривые, фазовая скорость, затухание |
Аннотация
На основе результатов анализа существующих работ показано, что метод моделирования движения нормальных волн с SV-поляризацией с использованием классической теории деформации является перспективным для моделирования их распространения в слоистых полимерных композиционных материалах, а также изучения влияния наличия несплошностей в таких материалах на параметры рассмотренных волн. Создана модель для анализа особенностей распространения описанных волн в полимерных композиционных материалах на основе углеродного волокна, получены формулы для расчета амплитудных коэффициентов в уравнениях движения, которые учитывают акустические характеристики слоев полимерных композиционных материалов и позволяют вычислить компоненты смещения или распределение энергии в любой точке слоистой среды. Определены значения фазовых скоростей и построены дисперсионные кривые для различных мод нормальных волн с SV-поляризацией. Рассмотрено влияние слоистой структуры материала на затухание указанных волн и изложен принцип корректировки формул для расчета коэффициентов затухания с учетом числа слоев и их акустических свойств. Проведена экспериментальная проверка значений фазовых скоростей нормальных волн с SV-поляризацией на образце из полимерных композиционных материалов, подтвердившая правильность подходов моделирования
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Алешин Н.П., Дерябин А.А., Щипаков Н.А. и др. Особенности распространения нормальных волн SV-поляризации в полимерных композиционных материалах на основе углеродного волокна. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 3 (108), с. 85--99. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-3-85-99
Литература
[1] Бойчук А.С. Разработка технологий неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток. Дис. ... канд. техн. наук. М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.
[2] Masserey B., Raemy C., Fromme P. High-frequency guided ultrasonic waves for hidden defect detection in multi-layered aircraft structures. Ultrasonics, 2014, vol. 54, iss. 7, pp. 1720--1728. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4716228
[3] Edalati K., Kermani A., Seiedi M., et al. Defect detection in thin plates by ultrasonic Lamb wave techniques. Int. J. Mater. Prod. Technol., 2006, vol. 27, no. 3-4, pp. 156--172. DOI: https://doi.org/10.1504/IJMPT.2006.011268
[4] Draudviliene E.L., Raisutis R., Zukauskas E., et al. Validation of dispersion curve reconstruction techniques for the A0 and S0 modes of Lamb waves. Int. J. Struct. Stab. Dyn., 2014, vol. 14, no. 7, art. 1450024. DOI: https://doi.org/10.1142/S0219455414500242
[5] Жэн Б.-К., Лу Л. Нормальные волны в упругом слоистом полупространстве. Акустический журнал, 2003, т. 49, № 4, c. 501--513.
[6] Rose J.L. Ultrasonic guided waves in solid media. Cambridge Univ. Press, 2014.
[7] Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М., Наука, 1966.
[8] Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. М., Наука, 1982.
[9] Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М., Наука, 1973.
[10] Ochoa P., Villegas I.F., Groves R.M., et al. Diagnostic of manufacturing defects in ultrasonically welded thermoplastic composite joints using ultrasonic guided waves. NDT E Int., 2019, vol. 107, art. 102126. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2019.102126
[11] Алешин Н.П., Дерябин А.А. Разработка критериев оценки типов дефектов сварных соединений тонкостенных труб волнами Лэмба. Контроль. Диагностика, 2008, № 2, c. 30--33.
[12] Toyama N., Takatsubo J. Lamb wave method for quick inspection of impact-induced delamination in composite laminates. Compos. Sci. Technol., 2004, vol. 64, iss. 9, pp. 1293--1300. DOI: https://doi.org/10.3390/app9010046
[13] Orta A.H., Vandendriessche J., Kersemans M., et al. Modeling Lamb wave propagation in visco-elastic composite plates using a fifth-order plate theory. Ultrasonics, 2021, vol. 116, art. 106482. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106482
[14] Gresil М., Giurgiutiu V. Guided wave propagation in carbon composite laminate using piezoelectric wafer active sensors. Proc. SPIE, 2013, vol. 8695, art. 869525. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2009254
[15] Nayfeh A.H., Chimenti D.E. Free wave propagation in plates of general anisotropic media. J. Appl. Mech., 1989, vol. 56, iss. 4, pp. 881--886. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3176186