О нелинейном акустическом параметре при деформировании сплава АМГ61
Автор: Иляхинский А.В., Родюшкин В.М.
Статья в выпуске: 3, 2020 года.
Бесплатный доступ
При исследовании процесса деформирования используются различные акустические эффекты. Акустическая эмиссия наиболее часто упоминается в исследованиях процесса деформирования, а эффекты, связанные с нелинейными свойствами деформируемого металла, являются предметом изучения. Эти свойства реальных твердых тел приводят к нелинейным акустическим эффектам взаимодействия упругих волн, запрещенных теорией упругости однородного изотропного тела. В работе решается практическая задача использования принципов нелинейной акустики при исследовании процесса деформирования образцов сплава АМг61. Для контроля состояния сплава использована поверхностная упругая волна. Процесс распространения упругой волны в деформируемом сплаве АМГ61 в силу нелинейных эффектов сопровождается генерацией удвоенной частоты, как продольной составляющей волны, так и сдвиговой, «запрещенной» уравнениями классической теории упругости. Возбуждение и прием в образцах проводилось пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП). Для возбуждения поверхностной акустической волны (ПАВ) использовался клиновый преобразователь с резонансной частотой 1 МГц, прошедшая ПАВ регистрировалась клиновым преобразователем с резонансной частотой 2 МГц. Обоснована методика контроля нелинейного акустического параметра по отношению амплитуд первой и второй гармоник, измеряемого в течение всего процесса деформирования. Разработано экспериментальное устройство, позволяющее контролировать НАП в процессе изменения структурного состояния металла образца. Приводятся результаты экспериментального исследования нелинейного акустического параметра при деформировании сплава АМг61. Показано, что нелинейный акустический параметр, наравне с активностью акустической эмиссии, чувствителен к смене механизмов эволюции дефектной структуры. Зафиксировано формирование скачка нелинейности в процессе деформирования сплава АМг61, что может свидетельствовать о перестройке структуры металла. Представленные данные демонстрируют увеличение акустической нелинейности в металле на различной стадии деформирования: как на ранних стадиях упругопластического деформирования, так и на стадии предразрушения, что может использоваться в качестве прогностического критерия.
Деформирование, сплав амг61, упругая волна, преобразователь, гармоника, нелинейность, устройство, акустическая эмиссия, измерение, контроль
Короткий адрес: https://sciup.org/146282003
IDR: 146282003 | УДК: 534.2 | DOI: 10.15593/perm.mech/2020.3.05
About the nonlinear acoustic parameter during deformation of AMG61 alloy
Various acoustic effects are used in the study of deformation processes. Acoustic emission is most often mentioned in such studies, and the effects due to nonlinear properties of a deformable metal are the subject of the present work. These properties of real solids lead to nonlinear acoustic effects of the interaction elastic waves forbidden by the theory of elasticity of a homogeneous isotropic body. The work solves the problem of using the principles of nonlinear acoustics in studying the deformation of AMg61 alloy samples. A surface elastic wave is used to control the alloy condition. The process of the elastic wave propagation in the deformed AMg61 alloy due to nonlinear effects is accompanied by generating the double frequency, both of the longitudinal component of the wave and the shear one, the latter is forbidden by equations of the classical elasticity theory. Excitation and reception in the samples was carried out by piezoelectric converters (PES). A wedge converter with a resonance frequency of 1MHz was used to excite the surfactant. The passing surfactant was recorded by a wedge converter with a resonance frequency of 2 MHz. We justified the control technique of the nonlinear acoustic parameter with respect to amplitudes of the first and second harmonics measured during the whole deformation process. An experimental device has been developed to control the nonlinear acoustic parameter in the process of changing the structural state of the sample metal. The pilot study results of the nonlinear acoustic parameter under Amg61 alloy deformation are given. It is shown that the nonlinear acoustic parameter, as well as the acoustic emission activity, is sensitive to changing mechanisms of the defective structure evolution. The non-linearity jump formation during deformation of alloy AMg61 is recorded, which may indicate adjustment of the metal structure. The presented data demonstrate the increase of acoustic nonlinearity in metal at various deformation stages, both at early stages of elastoplastic deformation and at pre-destruction stage, which can be used as the prognostic criterion.
Список литературы О нелинейном акустическом параметре при деформировании сплава АМГ61
- Акустические свойства малоуглеродистой стали на различных стадиях разрушения / Л.Р. Ботвина [и др.] // Деформация и разрушение. – 2005. – № 4. – С. 35–41.
- Плотников В.А., Макаров С.В. Акустическая эмиссия и деформационные процессы в алюминии при высоких температурах // Изв. вузов. Физика. – 2005. – № 11. – С. 33–38.
- Беликов В.Т., Рывкин Д.Г. Исследование режимов развития процесса разрушения на основе данных наблюдений акустической эмиссии // Физ. мезомех. – 2017. – Т. 20, № 4. – С. 77–84.
- Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. – М.: Наука, 1966. – 309 с.
- Коробов А.И., Агафонов А.А., Изосимова М.Ю. Нелинейные упругие волны в твердотельном изотропном клине с дефектами // Журнал технической физики. – 2018. – Т. 88, вып. 3. – С. 385–391.
- Генерация третьей гармоники и акустическая нелинейность высших порядков в твердых телах / Е.М. Баллад [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. – 2001. – № 6. – С. 44–48.
- Иляхинский А.В., Родюшкин В.М. Экспериментальные исследования влияния повреждаемости стали на закономерности распространения поверхностных волн // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2018. – № 3. – С. 36–43.
- Асаинов А.Ф., Ко Сел Лен, Солодов И.Ю. Нелинейное рассеяние поверхностных акустических волн механическими дефектами твердого тела // Акустический журнал. – 1993. – Т. 39, вып. 4. – С. 592–597.
- Назаров В.Е., Сутин А.М. Генерация гармоник при распространении упругих волн в твердых нелинейных средах // Акустический журнал. – 1989. – Т. 35, вып. 4. – С. 711–716.
- Экспериментальное исследование нелинейных акустических эффектов в зернистых средах / В.Ю. Зайцев [и др.] // Акустический журнал. – 2005. – Т. 51, вып. 5. – С. 633–644.
- Коробов А.И., Прохоров В.М. Нелинейные акустические свойства алюминиевого сплава B95 и композита B95 // Акустический журнал. – 2016. – № 6. – С. 661–667.
- Руденко О.В. Гигантские нелинейности структурнонеоднородных сред и основы методов нелинейной акустической диагностики // УФН. – 2006. – Т. 176, № 1. – С. 77–95.
- Зарембо Л.К., Красильников В.А. Нелинейные явления при распространении упругих волн в твердых телах // УФН. – 1970. – Т. 102, № 4. – С. 549–586
- Бакушев С.В. Продольно-поперечные волны деформаций слабого разрыва // Проблемы прочности и пластичности. – 2014. – Т. 76. – С. 114–121.
- Доронин А.М., Ерофеев В.И. Генерация второй гармоники сдвиговой волны в упругопластической среде // Письма о материалах. – 2016. – Т. 6, № 2. – С. 102–104.
- Генерация сдвиговых волн удвоенной частоты в материалах, по-разному сопротивляющихся растяжению и сжатию / В.И. Ерофеев [и др.] // Дефектоскопия. – 2006. – № 4. – С. 28–36.
- Gonchar A.V., Mishakin V.V., Klyushnikov V.A. The effect of phase transformations induced by cyclic loading on the elastic properties and plastic hysteresis of austenitic stainless steel // International Journal of Fatigue. – 2018. – Vol. 106. – P. 153–158.
- Erofeyev V.I., Monichev S.A. Elastic wave propagation in damaged materials and construction elements // Journal of the Mechanical Behavior of Materials. – 2000. – Vol. 11, no. 1–3. – P. 31–35.
- Хазов П.А. Влияние поврежденности материала на эволюцию акустической волны // Приволжский научный журнал. – 2015. – № 2. – С. 32–41.
- Yamagishi Hideki, Fukuhara Mikio Degradation behavior of moduli in extruded pure magnesium during lowto gigascale cyclic tension fatigue // Acta Materialia / Elsevier. – United Kingdom, 2012. – № 12 (60). – Р. 4759–4767.
- Fatigue Behaviors and Microstructures in an Extruded Mg-Al-Zn Alloy / Hidetoshi Somekawa, Norio Maruyama, Sachiko Hiromoto, Akiko Yamamoto, Toshiji Mukai // Materials transactions // The Japan Institute of Metals. – Japan, 2008. – № 3 (49). – Р. 681–684.
- Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. – М.: Наука, 1981. – 287 с.
- Харкевич А.А. Спектры и анализ. – М.: Книжный дом «Либроком», 2009. – 240 с.
- Ванягин А.В., Родюшкин В.М. Измерение акустической нелинейности поврежденного металла // Измерительная техника. – 2017. – № 10. – С. 42–44.
- Ширгина Н.В., Кокшайский А.И., Коробов А.И. Нелинейные упругие явления при распространении акустических волн на плоской шероховатой границе твердых тел // Ученые записки физического факультета Московского университета. – 2017. – № 4. – 1740802
- Тютин М.Р. Применение b – параметра акустической эмиссии как критерия разрушения материалов // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов: сб. ст. Междунар. конф. – М., 2015. – С. 112–113.
- Гиляров В.Л., Слуцкер А.И., Корсуков В.Е. Пространственное и временное самоподобие в процессах разрушения и деформирования нагруженных материалов // Структура и свойства перспективных металлов и сплавов: сб. ст. XL междунар. сем. «Актуальные проблемы прочности». – Великий Новгород, 2002. – С. 10.
- Зуев А.Б., Семухин Б.С., Бушмелов К.И. Изменение скорости ультразвука при пластической деформации Аl // Журнал технической физики. – 2000. – Т. 70, вып. 1. – С. 52–56.
- Конева Н.А., Козлов Э.Б. Современная картина стадий пластической деформации // Вестник ТГУ. – 2003. – Т. 8, вып. 4. – С. 521–518.
- Зуев Л.Б., Данилов В.И. Физические основы прочности материалов. – Долгопрудный: Интеллект, 2016. – 376 с.
