Диаграммы направленности

Акустическую эмиссию при деформации материалов вначале рассмотрим на примере механических испытаний гладких образцов. Каждому типу диаграммы напряжение — деформация (а—е), получаемой при испытании на растяжение различных материалов, соответствует своеобразное изменение процесса АЭ (рис. 2.45). Из кривых видно, что даже в области упругости (от 0 до ае) наблюдается АЭ. Она возникает от того, что материал неоднороден, .нагружен неравномерно и в отдельных областях происходит пластическая деформация, хотя в целом процесс упругий.

Общая характеристика видов механических испытаний. Диаграммы напряжение — деформация могут быть получены различными способами нагружения образцов. При выборе конкретного вида испытания исходят из двух основных требований. Во-первых, чтобы схема напряженного и деформированного состояния при испытании была макси-

ной деформации, затухание динамических эффектов, зависимость диаграммы напряжение — деформация от скорости на-гружения — вот некоторые примеры проявления вязкоупругих свойств материала. Для успешного проектирования полимерных композитов и их эффективного использования в промышленности требуется хорошее понимание явления вязкоупругости.

Рис. 2. Схема диаграммы напряжение — деформация в области микротекучеети. IM — исходное значение упругого модуля; AM —неупругий модуль; Ст

Диаграммы напряжение — деформация на рис. 4—8 приведены с целью графической иллюстрации характера деформирования указанных композитов перед разрушением. Дополнительные данные можно найти в [53, 68].

При создании микромеханических теорий прочности необходимы также диаграммы деформирования компонентов. На рис. 10 изображены диаграммы растяжения некоторых волокон, а на рис. 11 — некоторых смол. Из этих рисунков видно, что волокна имеют линейные диаграммы напряжение — деформация до разрушения, в то время как смолы ведут себя существенно нелинейно.

(4) напряженное состояние слоя при любых условиях нагру-жения считается ограниченным линейной областью его диаграммы напряжение — деформация.

когда прочность композита определяется матрицей. В уравнениях (7) и (8) использованы следующие обозначения: Slnc, Sfc, SmC — прочность при сжатии соответственно слоя, волокна и матрицы; параметр ед1С означает деформацию волокон при их разрушении от сжатия, а етрс — деформацию матрицы, при превышении которой появляется заметная, резко выраженная нелинейность диаграммы напряжение — деформация. Уравнения (7) и (8) дают довольно грубую оценку прочности слоя при продольном сжатии, однако некоторые экспериментальные данные на углепластиках с эпоксидной матрицей показывают, что уравнение (7) может предсказывать результаты в разумных пределах.

a Gm (am) берется с диаграммы напряжение — деформация при сдвиговой потере устойчивости. Предполагается, что сдвиговая неустойчивость возникает .при достижении деформации етр, чт» соответствует действительности, а если efll = emll = егп до потери устойчивости, то уравнение (11) принимает вид (8). Хаяси [36] получил лучшее согласие с экспериментальными данными, чем из уравнения (9а) с использованием понижающего множителя. Его модель, по-видимому, более пригодна для описания разруше-

Здесь 8j22p измеряется в точке первого отклонения диаграммы напряжение — деформация композита от линейной, как проиллюстрировано на рис. 37, б. Деформации ктрт и ei22p связаны уравнением

Большой класс связующих представляют полимеры. Это вяз-коупругие материалы, которые даже при комнатной температуре под нагрузкой в различной степени ползут. Если в них поддерживается постоянная деформация, то напряжения релаксируют или до нуля, или до некоторого другого значения. Их диаграммы напряжение — деформация чувствительны к скорости деформации, а модуль имеет тенденцию к увеличению с увеличением этой скорости. Короче, это материалы со свойствами, зависящими от времени. Соответствующие свойства, которые позднее будут использованы при разработке временной модели композитов с полимерными матрицами, представлены в разд. III.

Стандартный образец СО-2 (рис. 4.11) применяют для определения условной чувствительности, мертвой зоны, погрешности глубиномера, угла а ввода луча, ширины основного лепестка диаграммы направленности, импульсного коэффициента преобразования при контроле соединений из низкоуглеродистой и низколегированной стали, а также для определения предельной чувствительности.

дающей и рассеянных волн. На рис. 1.18 показаны результаты такого решения [7] для случая перпендикулярного падения продольной волны на полый диск в алюминии. Амплитуда Ая рассеянной продольной волны при малых углах немонотонно растет с ростом ktb. Одновременно происходит сужение диаграммы направленности рассеянных волн.

Дальняя зона преобразователя — это область акустического поля, где амплитуда монотонно убывает с расстоянием. Поле излучения в дальней зоне также можно представить в виде функции от тех же безразмерных параметров. Однако здесь более удобно представление поля в виде множителя, убывающего с расстоянием и диаграммы направленности, имеющей форму лучей, исходящих из центра преобразователя, для которых амплитуда (и интенсивность) меняется в зависимости от направления.

Здесь принято 5C=1, e'*r вынесена за знак интеграла как величина, не зависящая от точки А, а 1/гдВ^\/г как медленно меняющаяся функция. Выражение (1.55) является произведением двух функций, одна из которых зависит только от расстояния, а другая — только от углов наблюдения Qy и Qz, что подтверждает возможность представления поля в виде диаграммы направленности. Ее ампли-

Если представить Ф в сферических координатах, то в осевом сечении все диаграммы направленности имеют основной лепесток и ряд уменьшающихся боковых лепестков. Угол раскрытия основного лепестка соответствует наименьшему значению X, при котором Ф = 0 и определяется однотипной формулой

Рис. 1.35. Диаграммы направленности для преобразователей:

При проектировании преобразователя обычно ставят задачу сжатия его диаграммы направленности в дальней зоне и уменьшения боковых лепестков, сглаживание осцилляции в ближней зоне.

В пределах лучевой трубки, ограниченной контуром преобразователя в ближней зоне, и основного лепестка диаграммы направленности в дальней зоне сосредоточено более 80% энергии поля излучения. Этим обосновано схематическое представление поля преобразователя, показанное на рис. 1.34, б.

При анализе акустического поля преобразователя с призмой используют следующие термины (рис. 1.36, б]. Акустической осью ON преобразователя в ОК называют преломленную акустическую ось пьезопластины. Точку преломления О называют точкой выхода. Для призмы и ОК это одна точка, если слой контактной жидкости между ними бесконечно тонкий. Акустическая ось преобразователя может не совпадать с центральным лучом, который также начинается в точке выхода, но соответствует максимуму диаграммы направленности. Угол преломления центрального луча называют углом ввода. Основной плоскостью называют плоскость преломления акустической оси, а дополнительной — перпендикулярную ей плоскость, также проходящую через акустическую ось.

Этот способ представления поля позволяет объяснить явление несовпадения акустической оси и центрального луча, для которого на рис. 1.14, а углы преломления показаны штрихпунктиром. При некоторых углах падения 3 коэффициент прозрачности В быстро изменяется (см. рис. 1.14, б). При прохождении через границу расходящегося пучка лучей меньше ослабляются лучи диаграммы направленности, соответствующие большему значению D. Отклонение экспериментального значения угла преломления (для центрального луча) от теоретического (по закону синусов) происходит в сторону углов, для которых значение D больше. Увеличение волнового размера ak пьезопластины приводит к сужению диаграммы направленности в призме и ослаблению описанного эффекта.

Фазированной решеткой (ФР) называют преобразователь в виде элементов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, возбуждающие электрические импульсы на которые подают со сдвигом фазы (времени). Аналогичные электрические временные задержки для каждого элемента вводят в приемный тракт. Изменяя сдвиг фазы, управляют акустическим полем преобразователя. Иногда также изменяют амплитуды сигналов, подаваемых и снимаемых с различных элементов. ФР применяют для изменения угла ввода, регулировки ширины диаграммы направленности, подавления 'боковых лепестков, фокусировки.