Особенности распространения нормальных волн SV-поляризации в полимерных композиционных материалах на основе углеродного волокна

Аннотация

На основе результатов анализа существующих работ показано, что метод моделирования движения нормальных волн с SV-поляризацией с использованием классической теории деформации является перспективным для моделирования их распространения в слоистых полимерных композиционных материалах, а также изучения влияния наличия несплошностей в таких материалах на параметры рассмотренных волн. Создана модель для анализа особенностей распространения описанных волн в полимерных композиционных материалах на основе углеродного волокна, получены формулы для расчета амплитудных коэффициентов в уравнениях движения, которые учитывают акустические характеристики слоев полимерных композиционных материалов и позволяют вычислить компоненты смещения или распределение энергии в любой точке слоистой среды. Определены значения фазовых скоростей и построены дисперсионные кривые для различных мод нормальных волн с SV-поляризацией. Рассмотрено влияние слоистой структуры материала на затухание указанных волн и изложен принцип корректировки формул для расчета коэффициентов затухания с учетом числа слоев и их акустических свойств. Проведена экспериментальная проверка значений фазовых скоростей нормальных волн с SV-поляризацией на образце из полимерных композиционных материалов, подтвердившая правильность подходов моделирования

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Алешин Н.П., Дерябин А.А., Щипаков Н.А. и др. Особенности распространения нормальных волн SV-поляризации в полимерных композиционных материалах на основе углеродного волокна. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 3 (108), с. 85--99. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-3-85-99

Литература

[1] Бойчук А.С. Разработка технологий неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток. Дис. ... канд. техн. наук. М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.

[2] Masserey B., Raemy C., Fromme P. High-frequency guided ultrasonic waves for hidden defect detection in multi-layered aircraft structures. Ultrasonics, 2014, vol. 54, iss. 7, pp. 1720--1728. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4716228

[3] Edalati K., Kermani A., Seiedi M., et al. Defect detection in thin plates by ultrasonic Lamb wave techniques. Int. J. Mater. Prod. Technol., 2006, vol. 27, no. 3-4, pp. 156--172. DOI: https://doi.org/10.1504/IJMPT.2006.011268

[4] Draudviliene E.L., Raisutis R., Zukauskas E., et al. Validation of dispersion curve reconstruction techniques for the A₀ and S₀ modes of Lamb waves. Int. J. Struct. Stab. Dyn., 2014, vol. 14, no. 7, art. 1450024. DOI: https://doi.org/10.1142/S0219455414500242

[5] Жэн Б.-К., Лу Л. Нормальные волны в упругом слоистом полупространстве. Акустический журнал, 2003, т. 49, № 4, c. 501--513.

[6] Rose J.L. Ultrasonic guided waves in solid media. Cambridge Univ. Press, 2014.

[7] Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М., Наука, 1966.

[8] Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. М., Наука, 1982.

[9] Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М., Наука, 1973.

[10] Ochoa P., Villegas I.F., Groves R.M., et al. Diagnostic of manufacturing defects in ultrasonically welded thermoplastic composite joints using ultrasonic guided waves. NDT E Int., 2019, vol. 107, art. 102126. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2019.102126

[11] Алешин Н.П., Дерябин А.А. Разработка критериев оценки типов дефектов сварных соединений тонкостенных труб волнами Лэмба. Контроль. Диагностика, 2008, № 2, c. 30--33.

[12] Toyama N., Takatsubo J. Lamb wave method for quick inspection of impact-induced delamination in composite laminates. Compos. Sci. Technol., 2004, vol. 64, iss. 9, pp. 1293--1300. DOI: https://doi.org/10.3390/app9010046

[13] Orta A.H., Vandendriessche J., Kersemans M., et al. Modeling Lamb wave propagation in visco-elastic composite plates using a fifth-order plate theory. Ultrasonics, 2021, vol. 116, art. 106482. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106482

[14] Gresil М., Giurgiutiu V. Guided wave propagation in carbon composite laminate using piezoelectric wafer active sensors. Proc. SPIE, 2013, vol. 8695, art. 869525. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2009254

[15] Nayfeh A.H., Chimenti D.E. Free wave propagation in plates of general anisotropic media. J. Appl. Mech., 1989, vol. 56, iss. 4, pp. 881--886. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3176186