Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. «Перенос вещества капли при формировании первичной каверны» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 508, № 1, с. 42-52 (2023)

Методами скоростной видеорегистрации впервые прослежен перенос вещества свободно падающей капли в покоящуюся принимающую жидкость на этапе формирования первичной каверны. В опытах капли воды, разбавленного в соотношении 1:100 раствора чернил или насыщенного раствора пищевой соды диаметром D=0.43 см падали со скоростью U=3.1 м/с в воду или 20%-й раствор роданида аммония в режиме формирования всплеска. Во всех опытах стенку растущей каверны пронизывают тонкие волокна, содержащие вещество капли, которые образуют промежуточный тонкоструктурный слой. После окончания стадии роста волокон продолжительностью 7–8 мс и диффузионного сглаживания градиентов концентрации, вокруг растущей каверны образуется слой жидкости промежуточной плотности толщиной от 1.5 до 0.7 мм. Слой отделен резкой границей от принимающей жидкости. Новая группа наклонных волокнистых петель образуется в следе за схлопывающейся каверной.

Алешин Н.П., Могильнер Л.Ю. «Рассеяние упругой волны на плоской трещине: применение для дефектоскопии» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 509, № 1, с. 67-75 (2023)

Рассмотрена 3D-задача рассеяния упругих волн на трещине в виде полуплоскости в упругой среде. Отмечено, что ранее опубликованные решения не охватывают в полной мере вопросы, актуальные для ультразвуковой дефектоскопии, например, для выявления поперечных трещин в сварных швах. Предлагаемое решение выполнено методом Винера–Хопфа. Показано, что рассеянные продольные и поперечные волны в общем виде могут быть записаны в квадратурах. Отмечены некоторые особенности выявления острия поперечных трещин, включая связь с направлением озвучивания и влияние критических углов.

Качанов В.К., Соколов И.В., Караваев М.А., Минаев Д.В. «Разработка методов и устройств ультразвукового бесконтактного теневого контроля крупногабаритных изделий из полимерных композиционных материалов» Дефектоскопия, № 1, с. 3-13 (2023)

Показано, что для повышения чувствительности ультразвукового (УЗ) бесконтактного теневого контроля изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) необходимо разрабатывать высокочувствительные низкочастотные широкополосные бесконтактные пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП). Рассмотрены способы обеспечения одновременно высокой чувствительности и широкой полосы УЗ бесконтактных ПЭП. Предложены и разработаны УЗ бесконтактные высокочувствительные широкополосные ПЭП, основанные на использовании технологии мозаичных контактных ПЭП, выборе оптимальных согласующих слоев и использования различных вариантов возбуждения излучающих ПЭП. Показано, что с помощью мозаичных низкочастотных широкополосных бесконтактных ПЭП возможно обеспечить высокую чувствительность контроля и обеспечить точность измерения акустических характеристик (скорости ультразвука, плотности и пр.) при УЗ низкочастотном теневом бесконтактном контроле крупногабаритных изделий из ПКМ.

Боровков А.И., Прохорович В.Е., Быченок В.А., Беркутов И.В., Алифанова И.Е. «Технология ультразвукового контроля сварных соединений, полученных точечной сваркой трением с перемешиванием» Дефектоскопия, № 2, с. 24-34 (2023)

Сварка трением с перемешиванием нашла широкое применение в авиастроении и ракетостроении, прежде всего благодаря возможности получения сварных соединений с прочностью, близкой к прочности основного материала. Одним из наиболее перспективных методов такой сварки является точечная сварка трением с перемешиванием, которая может служить альтернативой электроконтактной точечной сварке и заклепочным соединениям. Для внедрения точечной сварки трением с перемешиванием в производство ответственных изделий необходимо рассмотреть вопросы, связанные с неразрушающим контролем качества сварных соединений, полученных данным методом сварки. Целью настоящей работы является обоснование применимости ультразвукового эхо-метода для контроля качества сварных соединений, полученных точечной сваркой трением с перемешиванием. Актуальность работы подтверждается тем, что на сегодняшний день отсутствуют достаточно полные сведения о результатах экспериментальных исследований, направленных на анализ характеристик сварных соединений, полученных точечной сваркой трением с перемешиванием. Авторами статьи предложено использовать ультразвуковой эхо-метод контроля. Контроль проводился с помощью ультразвукового дефектоскопа с раздельно-совмещенным пьезоэлектрическим преобразователем на образцах, изготовленных с применением точечной сварки трением с перемешиванием. В результате ультразвукового контроля в трех образцах были обнаружены дефекты типа непровар и слипание, что было подтверждено металлографическими исследованиями. Образцы, в которых не были обнаружены дефекты, были подвергнуты механическим испытаниям, в результате которых установлено, что прочность полученных сварных соединений сопоставима с прочностью основного металла образцов. Металлографические исследования, проведенные на образцах после механических испытаний, также подтвердили отсутствие дефектов в сварных соединениях. Таким образом, показана связь результатов ультразвукового контроля, металлографических исследований и механических испытаний, что позволяет обосновать применимость ультразвукового эхометода для контроля качества сварных соединений, полученных точечной сваркой трением с перемешиванием.

Муравьева О.В., Мышкин Ю.В., Наговицын А.А. «К вопросу о повышении эффективности проходного электромагнитно-акустического преобразователя продольных волн» Дефектоскопия, № 3, с. 3-13 (2023)

Теоретически и экспериментально исследована возможность повышения эффективности проходных электромагнитно-акустических (ЭМА) преобразователей продольных волн при изменении направления тока в высокочастотном индукторе и формировании сонаправленного (противонаправленного) включения магнитного поля индуктора относительно поляризующего поля постоянного намагничивания. Показано, что увеличение эффективности ЭМА-преобразования за счет электродинамического механизма обусловлено локальным увеличением плотности вихревых токов по краям апертуры высокочастотного индуктора при противонаправленном включении магнитного поля. Указанные закономерности проявляются наиболее явно для образцов с высокой магнитной проницаемостью.

Ли В., Чэн Ц., Цзян П., Лю И. «Кластерный анализ данных акустической эмиссии слоистых композитных материалов с различной ориентацией межфазных волокон на основе модели гауссовой смеси» Дефектоскопия, № 3, с. 14-30 (2023)

Целью настоящего исследования был поиск более эффективного метода кластеризации событий акустической эмиссии. Сигналы акустической эмиссии композитных слоистых композитных материалов с различной ориентацией межфазных волокон были получены в ходе экспериментов с двухконсольной балкой (ДКБ). В результате выделения признаков из предварительно обработанных данных с помощью алгоритма Relief F было установлено, что большая часть информации в сигналах акустической эмиссии может быть представлена амплитудой, обратной частотой, центральной частотой, пиковой частотой и так далее. Впоследствии для кластеризации данных с уменьшенной размерностью был применен метод анализа главных компонент и модели «ожидание–максимизация» и гауссовой смеси. С помощью этого метода можно не только выделять различные механизмы повреждения, но и показывать уровень концентрации повреждений в зависимости от их типа. Кроме того, как только кластеры были разделены по различным механизмам повреждений, их можно было точно идентифицировать, используя амплитуду и пиковую частоту. Наконец, на основе кривых нагружения четырех типов образцов проводили сравнение и анализ кумулятивных событий и энергий акустической эмиссии, а также были определены различные механизмы повреждения.

Долматов Д.О., Хайруллин А.Р., Смолянский В.А. «Ультразвуковая томография с применением разреженных матричных антенных решеток и цифровой когерентной обработки с расчетами в частотной области» Дефектоскопия, № 5, с. 3-11 (2023)

Актуальной проблемой для промышленной ультразвуковой томографии с применением цифровой когерентной обработки сигналов матричных антенных решеток является повышение скорости получения результатов в форме изображений дефектов в объектах контроля. Одним из подходов, направленных на решение указанной задачи, является применение разреженных матричных АР. В данной работе рассмотрено совместное применение разреженных матричных преобразователей, работающих в раздельном режиме, и алгоритма цифровой когерентной обработки сигналов, который основан на использовании расчетов в частотной области. Этот алгоритм базируется на применении неэквидистантного быстрого преобразования Фурье. Эффективность рассмотренного подхода подтверждается экспериментально.

Мартюгов А.С., Ершов Е.В., Варфоломеев И.А., Богачев Д.В., Виноградова Л.Н. «Акустический контроль производства стали в агрегате ковш–печь» Дефектоскопия, № 6, с. 3-10 (2023)

Предложен способ реализации акустического контроля процесса производства стали в агрегате ковш–печь с применением пошаговой модели распознавания акустических событий. Использование разработанной модели делает возможным прогнозирования выбросов металла с точностью 96%.

Соловьев А.Н., Соболь Б.В., Васильев П.В., Сеничев А.В., Новикова А.И. «Идентификация дефектов в клине с покрытием на основе методов ультразвукового неразрушающего контроля и сверточных нейронных сетей» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, № 1, с. 111-124 (2023)

Рассматривается идентификация трещиноподобного дефекта в клине, усиленного покрытием на основе ультразвукового неразрушающего контроля. Авторы предлагают подход идентификации дефекта с последующим определением его геометрических параметров. Подход основан на теневом методе ультразвукового неразрушающего контроля в сочетании с технологиями глубокого машинного обучения. Инспектируется клиновидная область на наличие внутреннего дефекта. На одной грани клина расположен источник ультразвуковых колебаний, на противоположной грани – приемник. Проходя через покрытие и тело клина, часть сигнала отражается от неоднородностей и дефектов, которые могут присутствовать в нем. Сигнал, достигший противоположной грани клина, считывается приемником. Полученные данные обрабатываются нейросетевой моделью, которая прогнозирует наличие или отсутствие внутреннего дефекта, и в случае его наличия определяет геометрические параметры, такие как размер и положение. Построена конечно-элементная модель распространения ультразвуковой волны внутри клина. Применяются специальные демпфирующие слои, благодаря которым существенно снижается влияние паразитных отражений сигнала и его дальнейшее распространение в тело клина. На основе построенной модели реализован теневой метод ультразвукового сканирования. Данный метод предполагает, что на одной стороне клина устанавливаются возбуждающие сигнал устройства, а на противоположной стороне – принимающие. С помощью системы распределенных вычислений проведен ряд численных экспериментов для различных комбинаций геометрических параметров клина и дефекта. На основе полученных данных построена и обучена нейросетевая модель, способная идентифицировать дефект и определять его характеристики. На вход модели поступают спектрограммы считанного сигнала, а на выходе получаются значения, характеризующие дефект.

Коновалов С.И., Юлдашев З.М. «Формирование зондирующих сигналов пьезоэлектрических преобразователей для ультразвукового контроля» Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, 26, № 1, с. 87-98 (2023)

Сокращение длительности зондирующего импульса на выходе многослойного излучателя является актуальной задачей акустического неразрушающего контроля, поскольку способствует улучшению разрешающей способности системы, точности определения координат дефектов и снижению протяженности мертвой зоны. Наиболее распространенным методом достижения малой длительности сигнала является механическое демпфирование. Применение с этой целью RL-цепей, подключаемых к электрической стороне пьезопреобразователя (ПЭП), изучено в меньшей мере. Интерес представляет сравнительное исследование потенциальных возможностей двух указанных способов получения короткого сигнала. Цель работы. Проведение сравнительного исследования двух вариантов снижения длительности зондирующего сигнала с целью установления предпочтительности их применения в практике ультразвукового контроля. Материалы и методы. Для определения границ предпочтительного применения одного из методов в сравнении с другим использован математический аппарат, основанный на использовании интегрального исчисления, а также численных методов расчета. При построении математической модели ПЭП применен метод схем-аналогов в сочетании со спектральным методом на основе преобразований Фурье. Численные расчеты выполнены в среде MathCad. Результаты. Установлено, что применение электрической корректирующей цепи с оптимальными параметрами позволяет в широком диапазоне изменения значений удельного акустического сопротивления протектора добиваться меньшей длительности зондирующих сигналов на выходе ПЭП, чем в случае использования демпфированного ПЭП при значениях удельного акустического сопротивления демпфера z_д, меньших 10⁷ Па·с/м. При z_д>10⁷ Па·с/м предпочтение стоит отдавать механическому демпфированию пьезоэлемента. Установлено, что амплитуда сигналов на выходе ПЭП с подключенной к нему корректирующей цепью превышает амплитуду сигнала при осуществлении демпфирования пьезоэлемента. Заключение. Полученные результаты позволяют априорно оценивать и сравнивать между собой возможности ПЭП при использовании двух методов создания короткого зондирующего сигнала, а также обоснованно выбирать материалы для создания протектора в широком диапазоне удельных акустических сопротивлений. Корректный выбор параметров конструктивных элементов ПЭП дает возможность улучшения разрешающей способности систем излучения-приема, снижения протяженности мертвой зоны и повышения точности определения координат дефектов, что, в итоге, способствует повышению качества акустического контроля материалов и изделий.

Базулин Е.Г. «Сегментация ультразвукового изображения отражателей, основанная на анализе близости гистограммы к распределению Рэлея» Дефектоскопия, № 10, с. 3-12 (2022)

Для повышения скорости подготовки протокола ультразвукового контроля и уменьшения влияния человеческого фактора активно разрабатываются системы распознавания (классификации) отражателей на основе искусственных нейронных сетей. Для более эффективной работы нейронных сетей изображения отражателей целесообразно обработать с целью повышения отношения сигнал/шум изображения и его сегментации (кластеризации). В статье предлагается метод сегментации, основанный на построении бинарной маски, скрывающей блики отражателей. Маска создается из условия получения максимально близкого вида гистограммы изображения к распределению Рэлея. Для решения задачи поиска минимума используется генетический алгоритм. В модельных экспериментах продемонстрирована эффективность применения данного подхода для сегментации изображений отражателей, восстановленных по эхосигналам, измеренным с помощью антенных решеток. Для определения типа отражателя применялся метод, основанный на анализе амплитуд бликов изображений, восстановленных по разным акустическим схемам.

Долматов Д.О., Ермошин Н.И. «Цифровая когерентная обработка сигналов с расчетами в частотной области для решения задач ультразвуковой томографии с применением матричных антенных решеток с неэквидистантным расположением элементов» Дефектоскопия, № 10, с. 13-26 (2022)

Задача повышения скорости восстановления изображений дефектов является актуальной проблемой развития промышленной ультразвуковой томографии на основе цифровой когерентной обработки сигналов матричных антенных решеток (АР). В контексте указанной проблемы в рамках данной работы рассмотрено совместное использование вычислительно-эффективных алгоритмов с расчетами в частотной области и матричных АР с неэквидитсантным расположением элементов. Совместное применение указанных подходов по повышению скорости получения результатов обеспечивается за счет применения алгоритма цифровой когерентной обработки на основе неэквидистантного быстрого преобразования Фурье (НБПФ). Эффективность данного алгоритма была подтверждена экспериментально.

Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Выявление нарушений укладки слоев волокон в углепластиках методом широкополосной акустической спектроскопии» Дефектоскопия, № 10, с. 27-36 (2022)

Показана возможность обнаружения нарушений укладки слоев армирующей ткани в углепластиках, представляющих собой зазоры между лентами углеродных волокон. Для этой задачи использовалась широкополосная акустическая спектроскопия с лазерным источником ультразвука. Широкая полоса частот зондирующего сигнала позволяет получить частотные зависимости для коэффициента затухания продольных ультразвуковых волн в углепластике в спектральном диапазоне 1–11 МГц. На примере исследованной стрингерной панели показано, что в областях с наличием зазоров наблюдается локальный минимум внутри резонансного максимума коэффициента затухания, вызванный нарушением периодичности структуры. Сканирование объекта вдоль поверхности позволяет определять направление данных зазоров в плоскости укладки углеродной ткани.

Стрижак В.А. «Акустический контроль прутков композитной арматуры с учетом процента армирования» Дефектоскопия, № 10, с. 37-48 (2022)

Необходимость в эффективных и производительных технических средствах контроля композитных материалов, выпускаемых в виде протяженных элементов (труба, пруток и т.д.), требует адаптации волноводной методики контроля к особенностям композитных материалов. Волноводная методика позволяет производить оценку качества стержня без сканирования и использует установку датчика на торец объекта контроля. Отстройка от влияния акустического контакта на получаемый результат реализуется использованием параметра, определяемого как отношение эхосигнала от неоднородности к амплитуде сигнала, отраженного от противоположного торца. Существенное влияние на результаты оказывает процент армирования композитного материала. Для композитной арматуры – это стекловолокно. Предложена модель, учитывающая влияние процента армирования стержня на результаты контроля стержневыми волнами. На основании модели рассчитаны коэффициенты и номограммы, позволяющие учесть процент армирования стержня и длину дефекта при принятии решения о его существенности. Представлен результат оценки значимости дефектов, выявленных в 5 партиях прутков разных производителей. Показаны дефекты, являющиеся значительными и малозначительными для свойств стержня композитной арматуры.

Васильев А.В., Бирюков Д.Ю., Зацепин А.Ф. «Ультразвуковой контроль стыковых соединений в пластинах электротехнической стали с использованием волн Лэмба» Дефектоскопия, № 1, с. 14-24 (2023)

С использованием волн Лэмба изучено влияние качества сварки тонких стальных листов на физико-механические свойства электротехнической стали. Показано, что волны Лэмба, возбужденные в нулевой симметричной моде, являются эффективным источником информации о состоянии материала как в сварном соединении пластин, так и в области основного металла, не затронутого термическими воздействиями. Определены маркеры качества сварных соединений. Установлено, что наиболее информативными параметрами являются фазовая скорость волны Лэмба и ее амплитуда. На основе измерений скоростей обнаружена макроскопическая анизотропия акустических свойств материала. Предполагается, что происхождение указанной анизотропии обусловлено остаточными напряжениями, возникающими в технологическом процессе обработки стальных листов. Полученные результаты представляют интерес для специализированного контроля качества стыковых швов в тонких стальных листах.

Хлыбов А.А., Углов А.Л. «Об акустическом методе контроля пространственной неоднородности пластической деформации слабо анизотропных ортотропных материалов» Дефектоскопия, № 1, с. 25-36 (2023)

Исследовали возможности использования неразрушающего акустического контроля для определения особенностей пространственного распределения локальных пластических деформаций при деформировании плоских образцов из сплава АМг61. Проанализированы методические особенности использования параметра акустической анизотропии для исследования закономерностей изменения пространственных неоднородностей поля локальных пластических деформаций. Представлена расчетно-экспериментальная методика определения параметра акустической анизотропии, позволяющая корректно определять не только ее величину, но направления локальных осей акустической анизотропии. Рассмотрены источники погрешностей предлагаемой методики, границы ее применимости, а также требования к аппаратно-программным средствам ее реализации. Результаты экспериментальных исследований, проведенные на образцах из слабо анизотропного алюминиевого сплава АМг61, сопоставлены с представлениями автоволновой механики пластичности металлов. Предложен инженерный алгоритм определения ранней локализации зон потери устойчивости при пластическом деформировании образцов. Показана возможность создания методики оценки ресурса пластичности материала при его пластическом формоизменении.

Вьюгинова А.А., Теплякова А.В., Попкова Е.С. «Акустические свойства древесины осины (Populus tremula), модифицированной ультразвуковым методом» Дефектоскопия, № 1, с. 37-43 (2023)

Оценка акустических свойств объектов с использованием полученных результатов в качестве информативного параметра при определении физико-механических характеристик материала, а также в области неразрушающего контроля объектов, широко применяется в современной науке и технике. Рассмотрена возможность использования данного подхода применительно к деревообрабатывающей промышленности с целью оценки характеристик пиломатериалов, модифицированных ультразвуковым методом. Результаты предыдущих исследований показали эффективность данной технологии для повышения поверхностной плотности и твердости древесины, в связи с чем, одной из актуальных задач является поиск критериев, позволяющих оценивать достигаемые параметры модификации, а также оптимизировать настройки соответствующего технологического оборудования. Приведены результаты исследования акустических свойств модифицированной ультразвуковым методом древесины осины (Populus tremula), а также показана их применимость в качестве критерия оценки степени модификации заготовок пиломатериалов.

Рулева Л.Б. «О рабочем времени бездиафрагменной ударной трубы» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 221-223 (2022)

Предложен способ увеличения рабочего времени путем торможения волны разрежения в многорежимной бездиафрагменной ударной трубе. Используется отработанный воздух управления подвижным элементом электромагнитного пневматического клапана, который направляется в камеру высокого давления при снижении давления в ней менее 1 атм. Клапан снабжается дополнительной полостью, перемещение воздуха в ней осуществляется прежней золотниковой системой. Конструктивные дополнения не влияют на работу клапана в штатном режиме.