Направленно армированных

Отражение от сферы и цилиндра, ось которого перпендикулярна оси преобразователя, не зависит от направления падения ультразвука, поэтому, когда такие отражатели смешаются в направлении, перпендикулярном оси преобразователя, амплитуда сигнала изменяется пропорционально квадрату диаграммы направленности преобразователя. Например, если преобразователь перемещается по поверхности образца над протя-Рис. 2.18. К расчету страже- женным цилиндрическим отражателем ния от цилиндрического от- (рис. 2.18, а), расположенным на рас-верстня (а) и наклонного де- стоянии h от поверхности (r = /Z/cos8), фекта (б), не лежащих на оси г ,,, ,-Л ,, -/>(

где Ф — диаграмма направленности преобразователя, а 0 — угол между его осью и направлением на проекцию оси цилиндра. В связи с изложенным цилиндрические отражатели удобно использовать для экспериментального исследования диаграмм направленности преобразователей и определения направления максимума излучения.

Рассмотрим случай плоского отражателя, параллельного поверхности образца (q> = 0), по которой перемещается преобразователь (рис. 2.19). Когда размер отражателя значительно меньше размера преобразователя, то диаграмма направленности преобразователя значительно уже, чем диаграмма направленности вторичного излучателя — дефекта. Такой отражатель можно считать точечным, Ф'»!. При перемещении преобразователя по поверхности образца амплитуда изменяется в соответствии с изменением поля излучения ~ приема преобразователя на заданном расстоянии г (кривые 1 и 2). В дальней зоне согласно (2.25)

Для того чтобы возникла интерференция прямого эхосигнала от дефекта и импульса, испытавшего на пути от преобразователя до дефекта однократное отражение от боковой поверхности, должны одновременно выполняться два условия: 1) диаграмма направленности преобразователя должна быть настолько широкой, чтобы интенсивный луч касался боковой поверхности; 2) разница путей прямого и отраженного лучей должна быть настолько малой, чтобы соответствующие импульсы накладывались друг на друга. Нарушение любого из этих условий устраняет интерференцию эхосигнала с отражением от боковой поверхности.

Здесь угол 6 определяет ширину диаграммы направленности преобразователя, m — расстояние преобразователя от боковой поверхности, 2а— размер пьезопластины, а N — числовой коэффициент, зависящий от ее формы. Для дискообразного преобразователя JV=0,45 (см. п. 1.6,2), поэтому условие отсутствия интерференции запишется в виде

Наличие дополнительных максимумов существенно усложняет определение момента, когда наступает разрешение. Рационально принять условие, что разрешение наступает тогда, когда при положении преобразователя над одним из отражателей амплитуда сигнала от другого в 10 раз меньше. При этом Ф2(а?Д/Д) =0,1, где Ф — диаграмма направленности преобразователя. Используя график функции Ф для круглого преобразователя (см. рис. 1.35), найдем неравенство, ограничивающее раздельное выявление дефектов:

Шаг сканирования должен обеспечить озвучивание всего объема ОК, поэтому его определяют по минимальной ширине диаграммы направленности преобразователя. Обычно его делают не менее половины размера пьезоэлемента (размер берут в направлении шага). Для увеличения шага при контроле тонких изделий применяют широкозахватные преобразователи большого размера.

Начальный участок кривой LS, полученной по уровню 20 дБ, так же как кривая Ls, характеризует не дефект, а ширину раскрытия диаграммы направленности преобразователя Ф на соответствующем уровне. Минимум мало заметен. Условная протяженность остается больше истинной на величину, определяемую Ф, которую можно учесть при переводе условной протяженности в истинную.

Применение второго способа во всех вариантах измерения к округлым дефектам неэффективно, так как при этом измеряется лишь диаграмма направленности преобразователя. Сравнив два способа оценки размеров применительно к плоским дефектам, перпендикулярным направлению акустической оси, отметим, что первый из них целесообразно применять к точечным дефектам, а второй — к протяженным. Из рассмотренных критериев определения края дефекта наилучшее приближение к истинным размерам дефекта дает способ «6 дБ». Однако реальный протяженный дефект может иметь разную отражательную способность в разных точках своей поверхности. В результате амплитуда эхосигнала при перемещении

На рис. 3.3 показано измерение условной высоты. Если выявляется дефект с большим параметром Рэлея (см. п. 2.2.7), т. е. с небольшим углом наклона б и значительной шероховатостью поверхности (рис. 3.3, а), то признаком его развития по высоте служит перемещение эхосигнала по экрану ЭЛТ большее, чем для компактного округлого дефекта (рис. 3.3, б). Для округлого дефекта это перемещение связано с изменением расстояния до дефекта, находящегося в пределах диаграммы направленности преобразователя.

Если дефект непротяженный, условную протяженность его определяет диаграмма направленности преобразователя, возведенная в квадрат (с учетом излучения и приема). Диаграмма направленности круглого преобразователя Ф приведена на рис. 1.35, кривая 1. Уровень по эхосигналу равен квадрату уровня по излучению, поэтому, чтобы пользоваться кривой Ф, определяем уровень как

Колебания и волны в направленно армированных композитах

8. Колебания и волны в направленно армированных композитах 355

ниями, характеризующими неоднородность деформации. Это не обязательно имеет место для направленно армированных композитов, состоящих из армирующих элементов и матрицы. Для таких композиционных материалов характерный размер неоднородности структуры намного больше, чем для металлических сплавов. В самом деле, для композиционных материалов возможны такие условия приложения нагрузок, в особенности динамических, при которых характерный размер неоднородности деформации имеет тот же порядок, что и характерный размер неоднородности структуры.

В настоящей главе мы дадим обзор некоторых аспектов теории волновых и колебательных движений направленно армированных композитов при малых деформациях и линейном поведении компонентов. Некоторые основные понятия динамики упругого континуума приводятся в приложениях А и Б. Очень важным является исследование распространения механических возмущений для тел, подвергающихся высокоскоростным на-гружениям, например ударным или взрывным. В течение небольших промежутков времени после приложения к образцу высокоскоростной нагрузки в нем распространяются нестационарные волны. Взаимодействие этих волн с армирующими элементами может быть достаточно сильным.

8. Колебания и волны в направленно армированных композитах 357

В разд. IV обсуждаются некоторые приближенные теории, являющиеся улучшенными вариантами теории эффективных модулей. В разд. V проводится обзор экспериментальных данных о распространении волн в направленно армированных композитах и об их колебаниях. В заключительном разделе указываются различные смежные проблемы, такие, как динамические эффекты в хаотически армированных композитах, динамическое разрушение, оптимизация и нелинейные эффекты.

8. Колебания и волны в направленно армированных композитах 359

8. Колебания и волны в направленно армированных композитах 361

8. Колебания и волны в направленно армированных композитах 363

8. Колебания и волны в направленно армированных композитах 365

5. Колебания и волны в направленно армированных композитах 367