ИСТИНА

Проект направлен на развитие теории и экспериментальные исследования влияния статических напряжений сжатия – растяжения - сжатия на линейные и нелинейные упругие свойства конструкционных поликристаллических металлов. В процессе нагрузки - разгрузки в металле происходит накопление дислокаций, микротрещин, остаточных напряжений, поворот микрозерен, изменение состояния межзеренных границ в поликристалле. Это приводит к значительному изменению нелинейных упругих свойств исследуемого материала: в нем начинает проявляться структурная нелинейность, которая может значительно превышать упругую нелинейность, связанную с ангармонизмом кристаллической решетки в поликристалле. В процесс постепенного накопления указанных выше повреждений, вызванных многократным приложением переменных нагрузок, в металле возникает усталость, приводящая к уменьшению его прочности и разрушению. При этом увеличение дефектов в металле одновременно приводит к увеличению упругой структурной нелинейности. Поэтому в ходе выполнения проекта планируется установить корреляцию между прочностными характеристиками и нелинейными упругими свойствами диагностируемого материала. Особое внимание будет уделено созданию физической модели структурной нелинейности в поликристаллических металлах, адекватно описывающей результаты экспериментов. Исследования упругих свойств поликристаллических металлов планируется проводить в широком интервале приложенных к образцу деформаций, вплоть до критических деформаций, приводящих к разрушению образца. Диагностика упругих свойств исследуемых материалов в процессе приложения к ним статических напряжений нагрузки - разгрузки будет проводиться современными методами нелинейной акустики. При этом будут использованы как продольные, так и сдвиговые упругие волны малой и конечной амплитуды. Полученные в проекте результаты будут перспективны для неразрушающего контроля материалов, изделий и структур, полезны для механики и материаловедения. Выполнение проекта планируется в Центре коллективного пользования по нелинейной акустической диагностике и неразрушающему контролю физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, оснащенного современным измерительным ультразвуковым оборудованием и оригинальными экспериментальными установками, созданными на кафедре акустики физического факультета МГУ.

В работе приводятся результаты экспериментальных исследований изгибных упругих клиновых волн (УКВ) в металлических клиньях из изотропного сплава алюминия Д16. Для проведения экспериментов были изготовлены и исследованы несколько клиньев с апертурой углов 32 градуса и 60 градусов. Два образца клина были изготовлены из сплава Д16, в которых предварительно были созданы сильные механические остаточные напряжения. Для возбуждения и приема УКВ использовались пьезоэлектрические преобразователи. Регистрация УКВ осуществлялась также с помощью лазерного виброметра фирмы POLYTEC. Ультразвуковые измерения были выполнены с использованием автоматизированного ультразвукового комплекса RITEC RPR-5000. В диапазоне частот (0,25 – 3) МГц были измерены скорости УКВ. Дисперсии скорости в этом диапазоне частот в пределах ошибок эксперимента не обнаружено. В клине с углом 60 градусов на частоте 250 кГц с помощью лазерного виброметра была исследована локализация УКВ у ребра клина. Обнаружено экспоненциальное уменьшение амплитуды колебательной скорости клиновой волны в зависимости от расстояния от ребра клина. Были проведены исследования зависимости скорости УКВ от их амплитуды и генерация второй гармоники УКВ. В изотропных клиньях без остаточных деформаций как и следовало ожидать зависимости скорости УКВ от их амплитуды и генерации второй гармоники обнаружено не было. (В изотропных твердых телах генерация второй гармоники изгибной УКВ из условий симметрии невозможна). В образцах клиньев с остаточными деформациями при превышении определенного уровня амплитуды зондирующего сигнала, подаваемого на излучатель УКВ, было обнаружено линейное по амплитуде уменьшение скорости УКВ. Кроме того, в клиньях с остаточными механическими напряжениями наблюдалась генерация второй упругой гармоники УКВ. Зависимость амплитуды второй гармоники УКВ от амплитуды основной частоты была линейной. Пороговый характер и линейное уменьшение скорости УКВ при увеличении их амплитуды, генерация второй гармоники УКВ не может быть объяснено классической упругой нелинейностью, связанной с ангармонизмом кристаллической решетки. Такое поведение нелинейных свойств УКВ и генерация второй гармоники характерно для сред с неклассической (структурной) нелинейностью и связано с предварительно созданными в образце остаточными деформациями. Приводится обсуждение результатов экспериментов.