Казаков В.В., Мухин И.Б., Курников А.А., Субочев П.В. «Исследование качества термодиффузионной сварки кристаллов в дисковом оптическом элементе оптоакустическим методом» Акустический журнал, 70, № 2, с. 273-282 (2024)

Оптоакустическим методом исследована возможность оценки качества термодиффузионной сварки двух кристаллов иттрий алюминиевого граната в композитном оптическом диске. Для получения акустических изображений термодиффузионной сварки использовалось сканирование над поверхностью диска оптоакустического датчика, соединенного с импульсным лазером (длина волны 532 нм, длительность импульса 10 нс) оптоволокном. Синхронно с перемещением датчика на площади 16×16 мм с шагом 0.1 мм происходила регистрация ультразвуковых импульсов в диапазоне частот до 80 МГц. Использовалось два режима ультразвуковой локации: на отражение и на просвет. Проведена диагностика двух композитных дисков диаметром 15 мм с различным качеством термодиффузионной сварки. Обсуждается возможность количественного определения качества диффузионного слоя оптоакустическим методом для объективного сравнения дисков. Полученные данные подтверждены результатами измерений методом оптических проекций.

Зуев А.С., Файчук Д.В. «Ультразвуковой программно-аппаратный комплекс учета пассажиров общественного транспорта» RUSSIAN TECHNOLOGICAL JOURNAL (Предыдущее название: Российский технологический журнал (с 2016 по 2021 гг.), Вестник МГТУ МИРЭА (с 2013 по 2015 гг.), 7, № 6, с. 25-43 (2019)

Приведено описание разработанного авторами бортового бесконтактного программно-аппаратного комплекса учета пассажиров общественного транспорта, позволяющего в режиме реального времени: фиксировать показания ультразвукового дальномера о движении объектов на вход и выход через дверной проем; обрабатывать полученные наборы значений и определять численность вошедших и вышедших людей на остановках; отправлять данные через штатные модули связи транспортного средства с целью формирования информационного обеспечения специализированных сервисов мониторинга пассажиропотоков и движения общественного транспорта, а также решения соответствующих задач предиктивной аналитики. Выполнен обзор существующих аналогов, основанных на применении лазерных датчиков, тепловизоров, технологий компьютерного зрения и элементов регистрации воздействий на пол, выделены как их преимущества, так и недостатки, ограничивающие массовое применение. Для предложенного программно-аппаратного комплекса приведены: результаты сравнения с аналогами и обоснование возможностей внедрения на пассажирском транспорте; описание аппаратной составляющей – состава основных использованных комплектующих (контроллер STM32, ультразвуковой дальномер, инфракрасный дальномер); методы обработки показаний ультразвукового дальномера с целью определения численности вошедших и вышедших пассажиров, в том числе в условиях их скопления по обе стороны дверного проема и чередования движений на вход и выход группами и по одиночке; варианты исполнения модулей по форм-фактору корпуса, а также по составам и количеству используемых комплектующих; варианты комплектования модулями и описания схем их установки в соответствии с особенностями задач его применения для контроля дверных проемов различной, в том числе произвольной ширины.

Чулков Д.И. «Исследование структурных свойств стеклопластиковых материалов конструкций летательных аппаратов ультразвуковым методом» Южно-Сибирский научный вестник, № 2, с. 40-45 (2024)

Представлены результаты экспериментального исследования на образцах из стеклопластиков на основе эпоксидного и фенолоформальдегидного связующих взаимосвязи между содержанием связующего, плотностью и скоростью ультразвуковых волн, распространяющихся в направлении нормали к плоскости армирования стеклопластика. Приведены описание характера зависимостей между исследуемыми параметрами и рекомендации по разработки способов их контроля применительно к сложнопрофильным разнотолщинным изделиям из стеклопластика. Ключевые слова: неразрушающий ультразвуковой контроль, стеклопластик, содержание связующего, плотность.

Сливин А.Н., Голых Р.Н., Барсуков А.Р. «Моделирование процесса возникновения волн на межфазной границе "газ–жидкость" при создании акустических возмущений давления в газовой фазе» Южно-Сибирский научный вестник, № 2, с. 69-73 (2024)

Предложенная модель формирования акустических капиллярных волн на межфазной границе раздела позволяет учесть влияние вязкости, поверхностного натяжения и инерции жидкости на возмущения межфазной границы. Эта модель основана на инициировании колебательного пространственно неоднородного гармонического возмущения давления среды. Исследования показали, что вязкость слабо влияет на резонансную длину волн. Это значит, что изменение вязкости жидкости не приводит к значительному изменению скорости физико-химических процессов, включая поглощение CO₂ из атмосферы. Однако при определенных значениях вязкости в диапазоне от 25 до 40 мПа·с резонанс пропадает, что может указывать на изменение условий поглощения CO₂. Таким образом, предложенная модель может быть использована для оценки площади межфазной поверхности и, в конечном итоге, скорости физико-химических процессов, включая поглощение CO₂ из атмосферы. Это позволяет более точно определить скорость этих процессов и разработать эффективные методы и технологии для улавливания и снижения выбросов парниковых газов. Ключевые слова: ультразвук, моделирование, межфазная граница «газ–жидкость».

Хмелёв В.Н., Шалунов А.В., Терентьев С.А., Голых Р.Н., Нестеров В.А. «Выявление и исследование механизма удаления влаги из материалов при ультразвуковом бесконтактном воздействии» Инженерно-физический журнал, 97, № 4, с. 939-950 (2024)

Статья посвящена изучению процесса удаления влаги из капиллярно-пористых материалов за счет ее диспергирования при схлопывании кавитационных пузырьков цилиндрической формы, формируемых в капиллярах материала при ультразвуковом (УЗ) воздействии. Предложена и разработана модель, позволившая объяснить механизм диспергирования при реализации жизненного цикла пузырька в капилляре – медленного роста, быстрого расширения с деформацией и последующим схлопыванием. Теоретически определен диапазон уровней звукового давления, при котором начинается диспергирование (от 150 дБ) до уровня, при котором пузырьки достигают размера капилляра и рост производительности сушки прекращается (170 дБ). Показано также, что для максимальной эффективности удаления влаги размер обезвоживаемого образца должен соответствовать длине УЗ волны в воздухе. Экспериментально подтвержден механизм УЗ диспергирования жидкости при сушке и установлено, что для сокращения времени сушки более чем на 40% необходимо воздействие с уровнем в диапазоне 165–170 дБ, а высушиваемые материалы должны размещаться в виде частиц или слоев, имеющих размеры или толщины, соответствующие длине УЗ волны. Практическая реализация УЗ сушки на примере пищевых продуктов (красной свеклы) подтвердила эффективность реализации предложенного механизма и обеспечила сокращение времени сушки в 1.9 раза при снижении энергозатрат в 1.6 раза

Мансфельд А.Д., Беляев Р.В., Волков Г.П., Кузьмин А.А., Санин А.Г., Шайкин А.А. «Мониторинг внутренней температуры активных элементов мощных лазеров методом ультразвуковой локации» Акустический журнал, 70, № 1, с. 57-64 (2024)

Контроль внутренней температуры активных элементов (АЭ) мощных лазеров необходим для их безопасной работы. В статье описана методика и устройство для мониторинга внутренней температуры АЭ лазеров. Измерения основаны на импульсном ультразвуковом (УЗ) зондировании и зависимости от температуры скорости звука в материале АЭ. Изменение скорости звука приводит к изменению фазы УЗ сигнала, прошедшего через объект, которое регистрируется описываемым устройством. Представлены результаты мониторинга температуры АЭ с помощью ультразвукового зондирования в процессе работы действующей лазерной установки.

Будадин О.Н., Разин А.Ф., Пичугин А.Н., Анискович В.А., Борисенко В.В., Богачев А.С., Рыков А.Н. «Автоматизированная система ультразвукового бесконтактного неразрушающего контроля качества композитных изделий с поверхностью сложной формы» Контроль. Диагностика, 27, № 7, с. 16-23 (2024)

Описана разработанная и сданная в промышленную эксплуатацию универсальная автоматизированная система ультразвукового бесконтактного контроля сложнопрофильных изделий из композитных материалов. Экспериментальные исследования и результаты промышленной эксплуатации наглядно показали, что разработанные автоматизированная система контроля и алгоритм обработки информации обеспечивают заданную достоверность выявления дефектов в изделиях, при этом осуществляется: автоматическая адаптация системы контроля к изделиям с произвольной формой поверхности путем ее настройки по 3D-модели изделия, закладываемой в систему управления, что позволяет значительно расширить номенклатуру контролируемых изделий без существенной доработки системы контроля; повышение помехозащищенности и обнаружение дефектов по адаптивным алгоритмам с заданной погрешностью с применением специальных алгоритмов обработки сигналов; автоматический контроль изделий со сложной формой поверхности с изменением режимов контроля; автоматизированная регистрация выявленных дефектов на поверхности контролируемого изделия.

Злобина И.В., Бекренев Н.В., Егоров А.С., Чуриков Д.О. «Влияние электрофизических воздействий на изгибную прочность отвержденного монослоя, сформированного из препрега, армированного непрерывным углеродным волокном, путем трехмерной печати» Материаловедение, № 8, с. 30-39 (2024)

Исследовано влияние ультразвуковой и СВЧ-обработки монослоя, сформированного путем трехмерной печати из препрегов, армированных непрерывным углеродным волокном, на его прочность при трехточечном изгибе. Получены эмпирические зависимости деформация–напряжение, с высокой точностью аппроксимированные степенными функциями. Установлено, что электрофизическое воздействие как высоких, так и сверхвысоких частот способствует увеличению напряжений в образцах при их изгибе. При этом наибольшая эффективность (увеличение на 54–72%) отмечается при малых деформациях для образцов, подвергнутых воздействию СВЧ электромагнитного поля, в том числе после предварительной ультразвуковой обработки. С увеличением величины деформации эффективность данного метода снижается. Эффект воздействия ультразвука проявляется в значительно меньшей степени и составляет от 8 до 15%, причем повышается с увеличением деформации. Показано, что причиной увеличения изгибной прочности композитных препрегов является повышение равномерности структуры связующего и его плотности, а также «залечивание» макродефектов в виде несплошностей, присущих аддитивным технологиям формообразования, что способствует увеличению количества армирующих волокон, вовлеченных в процесс восприятия нагрузки.

Курашкин К.В., Кириллов А.Г., Гончар А.В. «Использование головных волн для определения остаточных и температурных напряжений в рельсах» Акустический журнал, 70, № 1, с. 49-56 (2024)

Исследована возможность акустической тензометрии продольных остаточных и температурных напряжений в рельсах с помощью головных волн. Проведен теоретический анализ влияния напряжения и температуры на скорость распространения упругих волн в рельсовой стали. Приведен алгоритм определения продольного напряжения в рельсе на основе измерений времени распространения головных волн. Описан принцип работы и представлены основные параметры экспериментального образца акустического тензометра, в котором реализована дифференциальная схема измерения времени распространения головных волн. Излучение и прием головных волн, распространяющихся вдоль рельса, осуществляется с поверхности катания головки рельса с помощью контактных пьезоэлектрических преобразователей, расположенных на призмах из полиметилметакрилата. Представлены результаты акустомеханических испытаний и температурных тестов. Выполнен расчет погрешностей измерений. Приведены результаты оценки уровня остаточных сварочных напряжений в головке нового рельса. Экспериментальные результаты сравниваются с теоретическими оценками напряжений, которые возникают в рельсе под воздействием температуры, а также с имеющимися в литературе данными по остаточным напряжениям в рельсах.

Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Солонцов О.В., Гаврилов Л.Р., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Компенсация аберраций при фокусировке ультразвука через череп на основе данных КТ и МРТ» Акустический журнал, 70, № 2, с. 193-205 (2024)

Проведено сравнение возможностей использования трехмерных акустических моделей головы человека, построенных на основе данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной томографии (КТ) для расчета фокусировки ультразвукового пучка при прохождении через кости черепа и компенсации аберраций, вызванных их присутствием. Рассматривался набор КТ и МРТ данных одного пациента. По данным МРТ были восстановлены однородные по внутренней структуре сегменты головы человека (кожа, череп и мозг). Наиболее реалистичная модель КТ учитывала внутренние неоднородности костей черепа и мягких тканей. Расчеты поля и компенсация аберраций проводились на основе интеграла Рэлея и псевдоспектрального метода решения волнового уравнения в неоднородной среде, реализованного с помощью программного пакета k-Wave. В качестве излучателя рассматривалась фазированная решетка с частотой 1 МГц и абсолютно плотным заполнением поверхности 256 элементами, радиусом кривизны и апертурой 200 мм. Показано, что при компенсации аберраций на основе неоднородной модели КТ и однородной модели МРТ, амплитуда давления в фокусе и эффективность фокусировки отличались не более чем на 10%. Таким образом, однородная модель МРТ может быть использована для предоперационной оценки возможности проведения транскраниальной ультразвуковой терапии. При проведении операции учет внутренней структуры костей черепа по данным КТ предпочтителен.

Степаненко Д.А., Киндрук А.Н. «Вариационная задача о колебаниях неравнотолщинных колец и ее применение для расчета концентраторов ультразвуковых колебаний» Наука и техника, 23, № 4, с. 295-303 (2024)

Рассмотрена методика расчета собственных частот колебаний неравнотолщинных колец, основанная на использовании вариационного принципа Гамильтона и теорий колебаний криволинейных балок типа Эйлера–Бернулли и Тимошенко. Решения задачи представляются в виде рядов Фурье, что позволяет свести ее к решению системы линейных алгебраических уравнений. Задача определения собственных частот сводится при этом к обобщенной задаче на собственные значения матриц. На основе сравнения численных результатов, полученных для эксцентричного кольца, с результатами расчетов методом конечных элементов показаны преимущества использования теории Тимошенко, включающие в себя повышение точности вычислений и возможность идентификации радиальных и радиально-изгибных собственных форм. Исследована возможность снижения вычислительных затрат при использовании теории Тимошенко за счет представления определителя описывающей задачу блочной матрицы в виде произведения определителей более низких порядков. Показано, что соотношения, полученные на основе теории Эйлера –Бернулли, в частном случае равнотолщинного кольца приводят к известным аналитическим формулам для собственных частот колебаний кольца. Полученные результаты могут быть использованы для расчета кольцевых концентраторов ультразвуковых колебаний. Преимущество предлагаемого метода по сравнению с другими известными подходами, например, методом гармонического баланса, состоит в отсутствии необходимости работы с дифференциальными или интегро-дифференциальными уравнениями колебаний, которые в случае неравнотолщинных колец имеют достаточно сложную структуру и требуют для своего решения применения вычислительно-затратных операций, например, дискретной свертки.