Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Акустика

Диссертационная работа:

Одина Наталья Ивановна. Фотоакустическая диагностика твердых тел: поли- и монокристаллов : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.06.- Москва, 2006.- 130 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-1/446

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. ФОТОАКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ
ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ (обзор литературы) 18

  1. Тепловые волны в акустической диагностике 20

  2. Тепловые методы регистрации тепловых волн 24

  3. Акустические методы регистрации тепловых волн 28

  1. Косвенная (газомикрофонная) акустическая регистрация...29

  2. Прямая (пьезоэлектрическая) акустическая регистрация 34

1.4. Применение фотоакустического эффекта для дефектоскопии и
определения температуропроводности твердых тел 38

1.4.1. Неразрушающий контроль дефектной структуры твердых тел
фотоакустическим методом 38

1.4.2. Фотоакустические методики определения

температуропроводности твердых тел 42

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ
НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
ФОТОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 48

2.1. Экспериментальная автоматизированная фотоакустическая
установка с гармоническим источником тепловых волн 48

2.2. Экспериментальная автоматизированная фотоакустическая
установка с импульсным источником тепловых волн 51

2.3. Измерительные ячейки 53

  1. Методика регистрации ТВ с помощью эффекта Зеебека и конструкция термоэлектрического датчика 53

  2. Газомикрофонные фотоакустические ячейки 56

  3. Пьезоэлектрические преобразователи 58

2.4. Импульсные методики определения температуропроводности с

обработкой сигнала во временной и частотной областях 58

ГЛАВА III. НЕРАЗРУШАЮЩАЯ ДИАГНОСТИКА ТОНКИХ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН ФОТО АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 64

  1. Дефектоскопия металлических пластин с модельными дефектами..64

  2. Дефектоскопия неоднородно деформированных металлов 69

  3. Определение температуропроводности металлических пластин 72

ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ
НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ В
ОБЛАСТИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ФОТОАКУСТИЧЕСКИМ
МЕТОДОМ 80

  1. Исследование фазовых переходов в твердых телах фотоакустическим методом (обзор литературы) 80

  2. Параметр Грюнайзена и методы его исследования 83

  1. Экспериментальная установка для исследования анизотропии нелинейного параметра твердых тел в диапазоне температур 77-400 К фото акустическим методом 86

  2. Исследование температурной зависимости нелинейного параметра монокристалла титаната стронция в области структурного фазового перехода при 105,5К 90

4.5. Исследование анизотропии нелинейного параметра монокристалла
триглицинсульфата в области сегнетоэлектрического фазового перехода при
322К 102

4.6. Исследование электронно-топологического перехода в

поликристаллическом титане 107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114

ЛИТЕРАТУРА 117

Введение к работе:

Актуальность работы

Фотоакустические (ФА) методы в последнее время находят широкое применение в неразрушающей диагностике твердых тел. Фотоакустический эффект, лежащий в основе этих методов, заключается в том, что при поглощении модулированного по интенсивности светового излучения в конденсированной среде и окружающем ее газе генерируются тепловые волны, сопровождающиеся, вследствие теплового расширения, акустическими волнами. Совершенствование техники эксперимента наряду с развитием теоретических представлений об особенностях формирования ФА сигнала в твердых телах привели к тому, что современные ФА методы стали одними из информативных и универсальных методов в физике твердого тела. ФА методы дают возможность проведения комплексных исследований (в том числе и бесконтактных) оптических, тепловых, линейных и нелинейных акустических параметров вещества, в том числе в образцах малого объема и произвольной формы, порошках, тонких пленках, биологических объектах. ФА методы позволяют получить информацию как о макроскопических, так и о микроскопических (в том числе квантовых) свойствах твердого тела.

Вследствие сильного затухания тепловой волны вклад в ФА сигнал дают источники, расположенные в приповерхностном слое твердого тела толщиной порядка длины тепловой волны, что дает возможность глубинного профилирования (послойной интроскопии) непрозрачных объектов. Поэтому ФА спектроскопия является удобным методом исследования приповерхностных слоев твердого тела. Она может быть использована как для визуализации дефектов, так и для количественного определения теплофизических параметров, в частности, температуропроводности.

Известно, что прочность твёрдых тел зависит от нарушений их сплошности: трещин, микропор, скоплений дислокаций и других "зародышей" процесса разрушения. Размеры зародышей на начальной стадии процесса разрушения обычно малы по сравнению с длиной акустической волны, и поэтому линейные упругие характеристики малочувствительны к дефектам структуры. Поскольку длина тепловых волн много меньше, чем акустических (так, на частоте 1 МГц в алюминии длина акустической волны составляет 6,4 мм, а тепловой

всего 10~ мм), это дает возможность микроскопического исследования с хорошим разрешением.

ФА сигнал в случае прямого детектирования колебаний зависит не только от линейных упругих параметров, но и от коэффициента теплового расширения твердого тела, который определяется ангармонизмом кристаллической решетки и может быть выражен через упругие нелинейные модули третьего порядка, что дает возможность исследования нелинейных акустических свойств твердого тела, в том числе в критических точках. Кроме того, это дает возможность исследования тел, имеющих дефектную структуру, нелинейный отклик которых, как известно, сильнее изменяется, чем линейный.

Несмотря на то, что имеется большое количество работ, посвященных ФА эффекту в конденсированных средах, диагностические возможности этого физического явления использованы, на наш взгляд, недостаточно. Поэтому создание и реализация новых методов диагностики твердых тел на основе ФА эффекта представляется актуальным.

Целью работы являлось создание и реализация экспериментальных методов для диагностики твердых тел с помощью тепловых волн:

Диагностика поверхностных и подповерхностных дефектов в металлах.

Создание экспресс-методик для определения температуропроводности металлов в образцах малых размеров (10~9 м3), не требующих предварительной калибровки измерительной установки.

Исследования анизотропии нелинейных упругих свойств твердых тел в области температур 77-400 К.

Поставленные цели работы предполагают решение следующих задач:

Создание аппаратно-программного фотоакустического комплекса для неразрушающей диагностики твердых тел в режиме тепловых волн с гармоническим и импульсным лазерным возбуждением с газомикрофонной, пьезоэлектрической и термоэлектрической регистрацией тепловых волн.

Разработка импульсной фотоакустической методики для неразрушающей диагностики твердых тел на основе временного и

спектрального анализа ФА сигнала.

Разработка и реализация экспериментальных методик для локализации поверхностных и подповерхностных дефектов с помощью тепловых волн.

Создание автоматизированной экспериментальной установки и методик для исследования анизотропии нелинейных упругих свойств твердых тел фотоакустическим методом.

Научная новизна

  1. Создан аппаратно-программный фотоакустический комплекс для неразрушающей диагностики твердых тел методом тепловых волн при их гармоническом и импульсном лазерном возбуждении с временным и спектральным анализом фотоакустического сигнала.

  2. Экспериментально исследованы поверхностные, подповерхностные и смешанные модельные дефекты в металлических образцах. Показано, что разработанная импульсная фотоакустическая методика позволяет определить пространственное положение и оценить размеры этих дефектов, а также обнаружить остаточные напряжения в металлах.

  3. Разработаны экспресс-методики (термоэлектрическая и фотоакустическая), не требующие предварительной калибровки и позволяющие определять температуропроводность металлов в образцах малого объема.

  4. Разработана методика и экспериментально исследовано поведение параметра Грюнайзена в области фазовых переходов: а) в монокристалле титаната стронция в области структурного фазового перехода типа смещения при 105,5 К; б) в монокристалле триглицинсульфата в области сегнетоэлектрического фазового перехода при 322 К; в) в поликристаллическом титане в области электронно-топологического перехода в интервале температур 150-160 К.

  5. Обнаружено аномальное поведение параметра Грюнайзена в поликристаллическом титане при электронно-топологическом переходе в области температур 150-160 К.

Практическая ценность работы

Разработанные методики могут быть использованы в решении задач материаловедения и в инженерной практике, использующей методы фотоакустики:

-для дефектоскопии поверхности и приповерхностных слоев металлических объектов;

-для экспресс-анализа степени дефектности структуры деформируемого металла;

-для измерения температуропроводности металлов;

Данная работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации № НШ-4449.2006.2 и грантов РФФИ № 02-02-16186-а, 05-02-16327-а и 06-02-16658-а.

На защиту выносятся:

1. Реализация ряда фотоакустических методов изучения твердых тел с
помощью разработанных аппаратно-программных комплексов.

2. Результаты экспериментального исследования остаточных
деформаций в металлах.

3. Результаты исследования претрансформационного эффекта в
монокристалле титаната стронция.

4. Результаты экспериментального исследования анизотропии
параметра Грюнайзена в монокристалле триглицинсульфата в области
сегнетоэлектрического фазового перехода.

5. Результаты экспериментального исследования и теоретического
анализа поведения нелинейного параметра поликристаллического
титана в области электронно-топологического перехода.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертации имеется 15 публикаций, в том числе 6 статей в журналах «Дефектоскопия», «Приборы и техника эксперимента», «Измерительная техника», «Вестник Московского университета. Серия 3. Физика, астрономия», «Письма в ЖЭТФ», а также 9 публикаций в трудах научных конференций.

Результаты диссертации доложены автором на 9 всероссийских и 2 международных конференциях: XI Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и физической акустике твердого тела (Ленинград, 1991), конференции «Ультразвуковые и лазерные методы неразрушающего контроля» (Киев, 1991), IEEE Ultrasonic Symposium (Cannes, 1994), конференции "Неразрушающий контроль в науке и

индустрии-94" (Москва, 1994), VI сессии Российского акустического общества (Москва, 1997), VIII сессии РАО (Нижний Новгород, 1998), XI и XIII сессиях РАО (Москва, 2001 и 2005 гг.), 16 международном симпозиуме по нелинейной акустике (Москва, 2002), XVIII сессии РАО (Таганрог, 2006).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-15].

Личный вклад соискателя

Результаты, полученные в диссертации, получены лично соискателем или в соавторстве при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы 130 страниц, в том числе 35 рисунков, 4 таблицы. Список цитируемой литературы включает 171 наименование.

Подобные работы
Ломазов Вадим Александрович
Математическое моделирование термоупругой диагностики неоднородных анизотропных тел
Бобыкин Евгений Валерьевич
Применение электронной локации в комплексной диагностике труднодоступных металлических инородных тел глаза и орбиты
Жаринов Сергей Юрьевич
Численное решение обратных задач диагностики поверхностных характеристик импедансных тел
Эйдлина Елена Марковна
Алгоритм лучевой диагностики остеопороза в системе профилактики компрессионных переломов тел позвонков у женщин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net