Исследование резонансных термомеханических явлений, возникающих в процессе неразрушающего контроля полимерных материалов с использованием маломощной ультразвуковой термографии

Проведена разработка нового метода контроля качества композиционных и полимерных материалов, широко используемых в высокотехнологичных отраслях промышленности, в том числе ракетно-космической и авиационной промышленности. Особенностью разработанного метода является высокая эффективность использования энергоресурсов для проведения ультразвуковой вибротермографии за счет активации резонансных явлений дефектов в процессе акустической стимуляции контролируемых материалов. В ходе исследования акустических явлений, возникающих в процессе ультразвукового нагружения материалов акустическим сигналом в широком диапазоне частот, было выявлено значительное искажение фронта упругой волны, распространяющейся в материале, а также интенсивности вибраций на поверхности исследуемого материала при прохождении волной дефектных областей. Проявление данного явления свидетельствовало о наличии неоднородности в структуре объекта, представляющей собой самостоятельный резонатор с характерной резонансной частотой. Исследование в трехмерном представлении резонансных явлений, возникающих в поврежденных областях, было выполнено за счет совместного применения акустической стимуляции и вибрационного контроля с использованием высокоточного оборудования сканирующей лазерной виброметрии. Благодаря использованию быстрого преобразования Фурье для анализа результатов вибросканирования, основные резонансные частоты дефектов и их высшие порядки были определены. В ходе экспериментальных исследований также было выявлено, что в процессе вибраций дефекта на его разных резонансных гармониках задействованы разные части дефекта, в связи с чем необходимо усреднение результатов вибросканирования, полученных при его акустической стимуляции на основной резонансной частоте дефекта и её высших гармониках. Проведение процедуры усреднения результатов позволило определить размеры дефектов с точностью до нескольких квадратных миллиметров и визуализировать полученные данные в двухмерном и трехмерном представлении. Проведенная в рамках проекта оценка энергетического вклада вибраций дефекта на основной резонансной частоте и её высших гармониках в процесс теплогенерации в области повреждения позволила определить вклад порядка резонансных частот дефектов в процесс их теплогенерации при стимуляции материала широкополосным акустическим сигналом. При дальнейшем исследовании эффективности преобразования электрической мощности, потребляемой установкой от сети, в акустическую мощность, вводимую в объект исследования, а затем в тепловую мощность, рассеиваемую в результате использования резонансных явлений в области дефекта, была проведена оценка эффективности преобразования используемых энергоресурсов по сравнению с классическим методом мощной ультразвуковой инфракрасной термографии. В результате данных работ был определен порядок коэффициентов преобразования электрической энергии в акустическую, а затем тепловую на примере композиционных материалов и эффективность предложенного метода для обнаружения в композитах дефектов различного типа (ударные повреждения, трещины и расслоения).