| Результаты этапа: Разработан лазерный ультразвуковой метод для неразрушающей диагностики объемных остаточных напряжений в металлах с помощью объемных акустических волн их регистрации с высоким временным разрешением при одностороннем доступе к образцу, а именно:
- Рассмотрена модель распространения акустических волн малой амплитуды в средах с двуосными напряжениями. Получены выражения для коэффициентов пропорциональности между относительным изменением скорости и величиной напряжений в случае сред ортотропной и изотропной симметрий. Получены аналитические зависимости, связывающие распределение напряжений по глубине с измеряемым коэффициентом отражения. А также проведено моделирование распространения импульса объемных волн в среде с заданным распределением напряжений.
- Предложено использовать лазерное термооптическое возбуждение звука в задаче диагностики остаточных напряжений в металлах. В экспериментах использован лазерный оптико-акустический преобразователь с косвенной регистрацией ультразвуковых импульсов. Проведены измерения относительного изменения скоростей продольных акустических волн в образцах из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т толщиной от 1.67 мм до 8,87 мм, имеющих остаточные напряжения, полученные в результате их прогрева электронным пучком различной интенсивности. Показано, что погрешность определения относительного изменения скорости для «толстых» образцов составляет порядка 2*10^(-4), для «тонких» - 6*10^(-4). Согласно теории акустоупругости, остаточные напряжения пропорциональны относительному изменению скоростей, поэтому их значения могут быть рассчитаны по измеренным значениям относительного изменения скорости и известным коэффициентам акустоупругости материала.
Предложен новый лазерный ультразвуковой метод для диагностики подповерхностных остаточных напряжений, распределенных по глубине. Метод основан на измерении коэффициента отражения объемных акустических волн от неоднородностей среды. Проведены измерения коэффициентов отражения в титановых и никелевых образцах с распределенными по глубине двуосными напряжениями. Измеренные зависимости пересчитаны в распределения напряжений.
Проведен подробный анализ возможностей и ошибок метода. Пространственное разрешение по глубине составляет ~20 мкм.
Проведено сравнение результатов измерения напряжений данным методом с контрольными данными, полученными гальваноэлектрическим методом. Результаты сравнения подтверждают правильность выбранной методики и перспективность ее использования.
Продемонстрирована возможность осуществления одностороннего доступа к исследуемому объекту и собран экспериментальный образец диагностического комплекса для измерения остаточных напряжений.
Предложен импульсный акустический метод с лазерным источником ультразвука для измерения пористости (объемной концентрации пор) керамических (Al2O3) и металлических (самофлюсующиеся сплавы) покрытий, полученных плазменным газотермическим напылением на стальную подложку. Метод основан на лазерном термооптическом возбуждении зондирующих ультразвуковых импульсов, измерении фазовой скорости продольных акустических волн в образце покрытия, пропитанного иммерсионной жидкостью (дистиллированная вода, этанол или керосин), и использовании теоретической модели распространения ультразвука в двухфазной среде.
Экспериментально реализован лазерный оптико-акустический метод количественной оценки влияния пористости на локальные упругие модули изотропных метало-композитных материалов.
Для исследованных композиционных материалов при пористости менее 3% с ростом концентрации интерметаллидной фазы Al3Ti наблюдается упрочнение композиционного материала. При увеличении пористости до 10% значения модулей Юнга и сдвига уменьшаются в 1,3-1,5 раза. При пористости более 4% значения модулей Юнга и сдвига для данного типа композиционных материалов оказываются меньше, чем для алюминиевой матрицы.
Полученные результаты количественной оценки влияния пористости на локальные упругие модули могут являться основой для усовершенствования технологии получения композиционных материалов. |
