Аннотация:Дипломная работа Тощова С.А. посвящена диагностике тонких металлических пластин с дефектами методами нелинейной акустики с использованием упругих волн Лэмба и клиновых волн и состоит из трех частей.
В первой части работы проведены экспериментальные исследования особенностей распространения амплитудно-модулированных волн Лэмба конечной амплитуды в пластинах с дефектами. Показана принципиальная возможность использования методов детектирования амплитудно-модулированного сигнала на упругой нелинейности для диагностики дефектной структуры материалов. Установлено, что исследование нелинейного отклика на комбинационных частотах позволяет получить информацию о распределении дефектов в исследуемом образце.
Вторая часть работы Тощова С.А. посвящена экспериментальному исследованию изменения спектра собственных колебаний пластин из сплава алюминия, связанное с возникновением в них трещин при длительной вибрационной нагрузке. Установлено, что в процессе образования трещин в пластинах спектр их собственных частот существенно изменялся: в спектре появляются дополнительные собственные частоты, происходит сдвиг в сторону низких частот ранее существовавших резонансов, усиление низкочастотной части спектра и ослабление его высокочастотной части. Проводимая параллельно диагностика вибромодуляционным методом позволила визуализировать место локализации трещины.
В третьей части диплома проведены экспериментальные исследования упругих клиновых волн в металлических клиньях различной структуры и профилей. Тощовым С. А. разработана методика для возбуждения и регистрации упругих изгибных клиновых волн (КВ) в металлических образцах. Для возбуждения КВ использовались пьезопреобразователи из пьезокерамики. Регистрация КВ осуществлялась с помощью пьезопреобразователей, а также с помощью лазерного виброметра.
Из поликристаллического сплава Д16 им были изготовлены и исследованы несколько клиньев с апертурой угла 32 градуса и 60 градусов. В диапазоне частот (0,25 – 3) МГц были измерены скорости КВ. Дисперсии скорости в указанном диапазоне частот в пределах ошибок эксперимента не обнаружено. В клине с углом 60 градусов на частоте 250 кГц с помощью лазерного виброметра была исследована и обнаружена сильная локализация КВ у ребра клина.
Впервые была исследована зависимость скорости КВ от их амплитуды. Один из клиньев был изготовлен из материала, в котором предварительно были созданы остаточные сдвиговые деформации. В образце, предварительно не подвергнутого деформациям, зависимости скорости от амплитуды КВ обнаружено не было. В образце с остаточными сдвиговыми деформациями при превышении определенного уровня амплитуды электрического поля, подаваемого на излучатель КВ, было обнаружено линейное по амплитуде уменьшение скорости КВ на 0,3 процента. Пороговый характер и линейное уменьшение скорости при увеличении амплитуды КВ не может быть объяснено упругой нелинейностью, связанной с ангармонизмом кристаллической решетки. Такое поведение скорости КВ характерно для сред со структурной нелинейностью и связано с предварительно созданными в образце остаточными деформациями.
Выполненные Тощевым С.А. эксперименты показали эффективность методов нелинейной акустики для диагностики дефектов в твердых телах.
Научные результаты, полученные Тощевым С.А., были представлены и доложены на ряде международных конференций. Его доклад на сессии Российского акустического общества РАО -2010 был отмечен дипломом за лучший доклад среди молодых ученых.