Дослідження проходження ультразвукових хвиль крізь двошаровий матеріал із складною структурою при контролі його технологічних параметрів

Abstract

У роботі використаний безконтактний ультразвуковий метод контролю технологічних параметрів матеріалів із складною структурою, який враховує згасання ультразвукових хвиль. Обґрунтовано, що згасанням ультразвукового сигналу для матеріалу із значними порами при поперечному його зондуванні можна знехтувати у порівнянні із згасанням у матеріалі без наскрізних пор. Наведено результати досліджень впливу товщини матеріалу з порами на амплітудні співвідношення ультразвукових хвиль. Отримано залежності амплітуд ультразвукових хвиль, одна з яких проходить крізь двошаровий суцільний матеріал, а інша проходить двошаровий матеріал з порами, з врахуванням залежності їх згасання від товщини матеріалу. У роботі одержані залежності фазового зсуву ультразвукових хвиль, які відбилися від двошарового матеріалу без пор, та хвиль, що відбилися від двошарового матеріалу з порами, від загальної товщини контрольованого матеріалу, якщо порівнювати фазу цих хвиль з падаючими коливаннями. Також отримані залежності зміни амплітуд хвиль у часі для імпульсного ультразвукового сигналу, який проходить крізь контрольований матеріал. Запропоновано використовувати імпульсний ультразвуковий сигнал для оперативного безконтактного контролю технологічних параметрів двошарових матеріалів із складною структурою. Проведений аналіз показав, що отримані вирази для імпульсних ультразвукових сигналів, які можуть взаємодіяти з пористими матеріалами, можна використати для створення нових методів та засобів неруйнівного безконтактного контролю технологічних параметрів матеріалів із складною структурою. Зазначене дозволить створювати складні у комплексі та універсальні прилади безконтактного контролю різних технологічних параметрів для композитних матеріалів з порами, які сьогодні піддають тільки контактному руйнівному контролю, що не дозволяє вести оперативний моніторинг безпосередньо на виробництві.

В работе использован бесконтактный ультразвуковой метод контроля технологических параметров материалов со сложной структурой, который учитывает затухание ультразвуковых волн. Обосновано, что затуханием ультразвукового сигнала для материала со значительными порами при поперечном его зондировании можно пренебречь по сравнению с затуханием в материале без сквозных пор. Приведены результаты исследований влияния толщины материала с порами на амплитудные соотношения ультразвуковых волн. Получены зависимости амплитуд ультразвуковых волн, одна из которых проходит через двухслойный сплошной материал, а другая проходит двухслойный материал с порами, с учетом зависимости их затухания от толщины материала. В работе получены зависимости фазового сдвига ультразвуковых волн, которые отразились от двухслойного материала без пор, и волн, отразившихся от двухслойного материала с порами, от общей толщины контролируемого материала, если сравнивать фазу этих волн с падающими колебаниями. Также получены зависимости изменения амплитуд волн во времени для импульсного ультразвукового сигнала, проходящего через контролируемый материал. Предложено использовать импульсный ультразвуковой сигнал для оперативного бесконтактного контроля технологических параметров двухслойных материалов со сложной структурой. Проведенный анализ показал, что полученные выражения для импульсных ультразвуковых сигналов, которые могут взаимодействовать с пористыми материалами, можно использовать для создания новых методов и средств неразрушающего бесконтактного контроля технологических параметров материалов со сложной структурой. Указанное позволит создавать сложные в комплексе и универсальные приборы бесконтактного контроля различных технологических параметров для композитных материалов с порами, которые сегодня подвергают только контактному разрушительному контролю, что не позволяет вести оперативный мониторинг непосредственно на производстве.

Investigate the passage of ultrasonic waves through a two-layer material with a complex structure with non-contact control of its technological parameters. A non-contact ultrasonic method was used in the work to control technological parameters of materials with a complex structure, which takes into account the attenuation of ultrasonic waves. It is substantiated that the attenuation of an ultrasonic signal for a material with significant pores during its transverse sounding can be neglected compared to attenuation in a material without through pores. The results of studies of the influence of the thickness of a material with pores on the amplitude ratios of ultrasonic waves are presented. The dependences of the amplitudes of ultrasonic waves are obtained, one of which passes through a two-layer continuous material, and the other passes through a two-layer material with pores, taking into account the dependence of their attenuation on the thickness of the material. In this work, we obtained the dependences of the phase shift of ultrasonic waves, which were reflected from a two-layer material without pores, and waves reflected from a two-layer material with pores, on the total thickness of the controlled material, if we compare the phase of these waves with incident vibrations. Also obtained are the dependences of the change in wave amplitudes over time for a pulsed ultrasonic signal passing through a controlled material. It is proposed to use a pulsed ultrasonic signal for operational non-contact control of technological parameters of bilayer materials with a complex structure. The analysis showed that the obtained expressions for pulsed ultrasonic signals that can interact with porous materials can be used to create new methods and means of non-destructive non-contact control of technological parameters of materials with a complex structure. The aforementioned will make it possible to create complex integrated and universal contactless control devices for various technological parameters for composite materials with pores, which today are subjected only to destructive contact control, which does not allow operational monitoring directly at the plant.