Акустического излучения

В комбинированных методах применяют принципы и прохождения, и отражения акустических волн. При зеркально-теневом методе измеряют амплитуду донного сигнала. При этом фиксируется эхосигнал от дна (метод отражения) и ослабление сигнала, дважды прошедшего толщину изделия (метод прохождения) (рис. 6.23, а). Эхо-теневой метод основан на анализе отраженных и прошедших волн (рис. 6.23, б). Импедансный метод (рис.6.24) базируется на изменении входного акустического импеданса. Под акусти-

В высокочастотном импедансном методе (ультразвуковой диапазон) преобразователь излучает продольную волну. Условия ее возбуждения зависят от акустического импеданса участка поверхности объекта контроля. Акустический импеданс, в свою очередь, зависит от наличия или отсутствия расслоения (метод обычно применяют для контроля слоистых материалов).

От рассмотренных методов существенно отличается импе-дансный. Он основан на анализе изменения механического или входного акустического импеданса участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь. Понятия механического и акустического импеданса рассмотрены в § 1.2; здесь отметим, что чем больше импеданс, тем «жестче» участок ОК, его труднее «раскачать».

В высокочастотном импедансном методе преобразователь излучает продольную волну. Условия этого возбуждения зависят от акустического импеданса участка поверхности ОК, с которым контактирует преобразователь. Акустический импеданс, в свою очередь, зависит от наличия или отсутствия дефекта вблизи поверхности.

го звукового давления к объемной колебательной скорости. Это понятие используют, в частности, при описании распространения звука в трубах^ изучении рупоров. При распространении акустических волн в протяженных средах вводят понятие удельного акустического импеданса, равного отношению звукового давления к колебательной скорости (не объемной). Поскольку в книге рассматривается только этот • случай, в дальнейшем определение «удельный» опускается. В § 3.2 используется понятие механического импеданса, отличное от акустического.

Возникновение термина «импеданс» связано с системой электромеханических аналогий, в которой электрическое напряжение сопоставляется с давлением, а ток — со скоростью. С физической точки зрения акустический (и механический) импеданс показывает, насколько трудно «раскачать» систему, степень неподатливости системы воздействию колебаний. В дальнейшем понятие акустического импеданса и его обобщение на случай границы сред будет широко использоваться при решении задач об отражении и прохождении акустических волн.

При решении задач о поведении волн на границах сред используют понятие нормального акустического импеданса. Его опреде-

Механический импеданс. Через зону контакта на ОК действует сосредоточенная переменная сила F, возбуждающая в нем упругие (обычно изгибные) волны. Комплексное отношение этой силы к колебательной скорости v OK в зоне контакта с преобразователем называют механическим импедансом t,=F/v. В отличие от акустического импеданса и волнового сопротивления (см. § 1.2,

Изменение акустического контакта пьезопреобразователя с изделием, связанное с высотой неровностей, приводит к изменению входного акустического импеданса поверхности изделия, коэффициента преобразования и передачи ультразвука от преобразователя к изделию. Шероховатость измеряют по смещению резонансной частоты пьезопреобразователя, которая зависит от импеданса; по изменению эхосигнала от определенного отражателя, например донного сигнала. Опорным сигналом здесь может служить уровень структурных шумов, который не зависит от качества акустического контакта (см. п. 2.3.5).

В комбинированных методах применяют принципы и прохождения, и отражения акустических волн. При зеркально-теневом методе измеряют амплитуду донного сигнала. При этом фиксируется эхосигнал от дна (метод отражения) и ослабление сигнала, дважды прошедшего толщину изделия (метод прохождения) (рис. 6.23, а). Эхо-теневой метод основан на анализе отраженных и прошедших волн (рис. 6.23, б). Импедансный метод (рис.6.24) базируется на изменении входного акустического импеданса. Под акусти-

В высокочастотном импедансном методе (ультразвуковой диапазон) преобразователь излучает продольную волну. Условия ее возбуждения зависят от акустического импеданса участка поверхности объекта контроля. Акустический импеданс, в свою очередь, зависит от наличия или отсутствия расслоения (метод обычно применяют для контроля слоистых материалов).

б) выявляются источники акустического излучения, связанные с протечками, трением в местах подвески, трением в опорах и прочие;

В этом случае диссипация энергии определяется квантовым к.п.д. АЭ tra=10~ -10" , среднее значение которого оказывается близким к постоянной тонкой структуры ос«1/137. «Сценарий» формирования и развития иерархии структурных уровней в конденсированных системах, согласно [15], может быть описан с помощью итерационного процесса. Его математическое выражение базируется на том, что характерные линейные размеры 4 структурных изменений и связанные с ними длины цугов А,к индуцированного акустического излучения являются членами геометрической прогрессии:

где Х,в - наименьшая длина цуга акустического излучения; <а> - среднее межатомное расстояние. Дискретные значения Вх равны 2,1, 2,6 и 3,1.

модели была построена теория акустической эмиссии, предложен сценарий формирования и развития иерархий — областей автовозбуждения активности вещества, являющихся основными носителями когерентных (или макроскопических квантовых) состояний. При этом характерце линейные размеры Ik областей автовозбуждения и связанные с ними длины цугов X-k индуцированного акустического излучения являются членами простейшего итерационного ряда:

Стохастические модели. Математическая формулировка и исследование стохастических моделей основаны на методах теории вероятностей, теории случайных функций и математической статистики. Многие задачи прикладной теории колебаний могут быть удовлетворительно сформулированы и решены лишь с использованием стохастических моделей. К ним относятся прежде всего задачи о колебаниях систем, возбуждаемых случайными нагрузками. Примером служат нагрузки от атмосферной турбулентности, пульсаций в пограничном слое, акустического излучения работающих двигателей, морского волнения, транспортировки по неровной дороге и т. п. Многие технологические процессы также сопровождаются случайным изменением динамических нагрузок (например, нагрузки, действующие на элементы горнодобывающих и горнообрабатывающих машин). Случайные факторы помимо нагрузок могут войти в вибрационные расчеты также через параметры системы. Так, случайный разброс собственных частот или коэффициентов демпфирования может оказать сильное влияние на выводы о виброустойчивости.

Некоторые закономерности формирования непрерывной акустической эмиссии. Как уже отмечалось, при протекании практически любого физического процесса возникает АЭ. Поэтому необходимо исследовать основные закономерности формирования акустического излучения в виде непрерывного случайного процесса, который имеет место при пластическом деформировании материала, в том числе в вершине растущей трещины, при коррозии металла и других процессах. Хотя единичный импульс АЭ, порождаемый элементарным физическим актом, обычно не обнаруживается, может быть зарегистрирован случайный поток элементарных импульсов АЭ. Флуктуации средних величин параметров такого потока уже могут быть обнаружены как непрерывная АЭ.

Источниками акустического излучения при внешнем трении являются раз -нообразные по физической природе физико-химические и механические процессы на поверхностях и в приповерхностных слоях твердых тел. К их числу относятся упругое и пластическое взаимодействие микровыступов трущихся поверхностей, образование и разрушение адгезионных связей, образование микротрещин в материале, структурные изменения поверхностных слоев деталей, образующих пары трения, химические и коррозионные процессы и т.д. Некоторые из перечисленных процессов, в значительной степени определяющих безотказность работы узлов трения механизмов, сопровождаются регистрируемой АЭ. Поэтому изучение и применение взаимосвязи АЭ-сигналов и характеристик процессов трения можно считать сложившимся самостоятельным направлением исследований и разработок, в котором накоплен обширный экспериментальный материал, составляющий методическую базу АЭ-диагнос-тики узлов трения механизмов и машин [2, 46].

Показано, что плотность потока энергии акустического излучения пропорциональна скорости относительного движения поверхностей.

Известно, что частотный спектр акустического излучения при протечке жидкостей и газов через узкие щели и отверстия широк и простирается от десятков герц до многих сотен килогерц. Согласно данным, полученным на основании обобщения теоретических и экспериментальных результатов разных групп исследователей, можно принять, что спектральная плотность акустических шумов утечки (протечки), т.е. мощность акустического излучения в единичной полосе частот, убывает с частотой по закону [63].

Последняя усиливается усилителем низкой частоты 7 и подается на дискриминатор уровня 8. Назначение последнего - отсечка основной, фоновой составляющей полученного сигнала. В итоге на обработку поступают лишь выбросы ("верхушка") сигнала, определяющие его приращение. Величина этого приращения сравнивается с опорным значением напряжения, соответствующим фоновому шуму и устанавливаемым на основе предварительного измерения последнего. Эту операцию выполняет сравнивающее устройство /О, разностный сигнал регистрируется стрелочным измерительным прибором 11. Результаты работы [30], свидетельствуют, что реализуемый с помощью указанной схемы счетный режим, позволяет зарегистрировать весьма малые изменения уровня акустического излучения. Следовательно, даже небольшое повышение уровня акустического шума, обусловленное протечкой газа через

3. Анализ акустического излучения при фрикционном взаимодействии твердых тел / В.М. Щавелин, Г.А. Сарычев, В.М. Баранов, А.П. Грязев //Трение и износ. 1985. Т. 6. № 1. С. 39-47.