Введение к работе
Актуальность теш. Упругие воліїн являются наиболее эффективным инструментом исследоваїшя напряженно-деформированного состоя-іия, стриктуры и свойств твердих тел. Это связано с тем, что волна, представляя собой естественное, а не инородное поле для твердях тел, могут распространяться на достаточно больше глубины, взаимодействовать со средой, не внося при этом искажений в происходящие там процессы. Однако количество волновых эффектов которые используются в диагностике материалов и элементов конструкций, крайне мало. Достоверность яе прогнозов часто оказывается недостаточной. Погатство волновых э(рфектов в твердых телах воспринимается не как благо, а как помеха волновому зондировании, основанному га той или иной методике, игнорирующей эти эффекты.
Внутренняя логика механики деформируемого твердого тела как падай, а также запросы практики (прежде всего, неразрушаящх испытаний материалов и элементов конструкций) требуют совершенствования математических моделей деформируемых тел, делая их более адекватными происходящим процессам. Необходимо выявлять линейные и нелинейные аффекты, которые возможны при распространении и взаимодействии волн в твердых телах, изучать особеїяюсти их проявления, влияние различных факторов. Изучение волновых эффектов позволит использовать их для разработки новых методов и средств измерения, контроля и диагностики.
На актуальность темы данной диссертации указывает и то, что она связана с исследованиями Нижегородского филиала Института ма-вшоведения РАН по научному направления "Волновая динамика мании", утвержденному Постановлением Президиума Академии наук в 1987 г. и выполнялась в соответствии с
программой фундаментальных исследований РАН "Повыиение на-дешости систем ШМШ-ЧЕЛОВЕК-СРЕДА" по 7еме "Разработка методов и средств измерения, контроля и диагностики на основе эффектов нелинейной акустики" (Раздел З.З.код 55,Н гос.per.01.90.0057825);
программой фундаментальных исследований ОГШМТШ РАН "Механика" по теме "Динамика волновых движений механических систем" (Раздел 4,4.3, N гос.рег. 01.31.0053132);
программой фундаментальных исследований ОПШМ РАН "Проблемы управления и автоматизации" по теме "Разработка автоматизированного комплекса акустической диагностики напряженного состояния элементов маяин и конструкций" (Раздел 4.4, Н гос.рег.01.91.0053131);
шаноы работ ЬЗТТК "Ііадешюсть наїм" по теме "Создать кошь лект приборов для контроля динамического напряженного состошиы узлов маши";
планом НИР Гф ЙЙ(Ш РАН га теке "Определить, и внедрить способы обработки и контроля зубчатих передач по параметрам вибро-актизности и долговечности", утверадкшой Распоряжением Академии наук Н 10103-1093 от 18.09.86 (Н гос.раг. 01.86.ОІ32344);
планом ПНР Гф ЩИ РШ1 по тсыа "Разработать рекомендации по использовании процессов волновой технологии для шшаения ресурса деталей машин и элементов конструкций", цтвервдешюй Иостановле-киен Академии наук Н 642 от 21.05.В6.
.Исследовашс нерезонансного взаимодействия упругих волн послуетло теоретическим обосноааішен при разработке нового метода измерения и создаііии прибора "Высокочувствительный преобразователь для контроля динамического напряженного состояния". Прибор экспонировался на Международной выставке Интерзл-ЭО.
Некоторые материалы диссертации использовались в разработках по договорам о сотрудничестве: .
с Институток прикладной физики РЙ1 по исследовании нелинейных свойств упругих сред;
с Гф ВНЙШШ Госстандарта (ІЬіе НфЫШСОТ) по изцчеїш динамических и прочностных свойств материалов с микроструктурой;
. - с НЖШ по теме "Исследование закономерностей формирования физико- механических свойств и напрягений в объемах твердых тел от действия иасатабного фактора";
- с 11ГЩ "Новая техника и технологии ыазипастроения" по изуче
нию волновых и вибрациоших процессов в элементах иашин и
конструкций.
Состояние полроса. Твердые тела с кикрострдктцрвй как объект (шеледовшия интересует иехаников достаточно давко. Начало отсід] положил В.Фойхт U637), предлоаивіаий подвергнуть сшгсшш принцип напряжений Коли и призвавший к необходимости обобщения пшютна "материальная точка". В )!Ш г. появилась теория Е. и 0. Косссра, согласно которой каждая материальная точка континуума наделяется свойствами твердого тела, путеы учета ротациошшх степеней свобода. В других теориях: Леру (1911), Р. Д. Ниц/уши (1954), нараду с локальніші вращениями учитываются и относительные перенеиієшія структурных элементов, составляющих макрообъем.
Интерес к всестороннему изучении неклассических континуумов наиболее остро проявился в начале 60-х годов. Он был обусловлен, в первую очередь, широким внедрениек композиционных материалов.
Здесь следует назвать работа П.Трусдела и Р.Тупила, Б.Койгера, Р.Миндлина, Й.Эргагеш. В.Новацкого. а в навей стране - работы 3.Л.Пэра и Е.В.Кцвммккого, D.А.Пальмова, Н.М.Индина. Г.Н.Сазша. Тогда яе бали вскрыта основные закономерности распространит линейных упругих волн о тагоос континуумах. Обзор основных результатов этих исследований содержится в работе н.Зрингена, входящей в многотомную коллективной монография) "Разрутаме".
Одновременно с этиа динамические процессы в твердых телах с микроструктурой изучались с помовки дискретных математических моделей, в которых микроструктура моделировалась цепочками осцилляторов, а также с Пдаощы континуальных моделей, учитывающих рассеяние упругих волн на неоднородностях материала.
Общая теория нелинейно-упругих континуумов с микроструктурой бши развита в БО-х - начале ?0-х годов в работах Й.Зрингега, Е.Сухуби и К.Кафадара. Однако, нелинейные волновые процессы в таких средах стали изучаться лишь в середине ВО-х годов, когда теория нелинейных волн уже стала методологической гаукой, а ее применение принесло существенные результаты во многих отраслях естествознания. В эти годы почти одновременно появились работы Н.В.Зволинского, Г.Ноши и А.Миледа, а также наши первые работы, написанные совместно с н.И.Потапшлм и И.П.Солдатовым.
В настоящее время эта область интенсивно разрабатывается. Нспеино работают учеїшки и последователи Й.Зрингена, живущие в СЮ и Турции; Г.Ножен (Франция) и его вкола; ученики и последователи В.Повацкого (Полыяа). Нелинейным волнам в твердых телах с микроструктурой была посвящена одна из сегадай проходившего в августе этого года ІІЇГЙМ симпозиума "Нелинейные волны в твердых телах" (Канада, йивсрситот Виктории). Автор диссертации гордится тем, что єну выпала честь представлять наше Отечество та этой авторитетном симпозиуме.
Следует однако заметить, что целый ряд принципиальных вопросов распространения волн в твердых телах с микроструктурой остается практически не исследованный: это вопросы взаимодействия различных типов волн, взаимодействия деформационных полей с пат-юл иной физической природа, повревденности тел с микроструктурой, экспериментальной волновой динамики.
Работа имеет следующие цели:
исследование нелинейных, дисперсионных и диссигатганьн свойств поликристаллических конструкционных материалов и композитов:
построений математических моделей тел, учитаващих иикрост-
руктщіу, геоыетрическуа и физическую нелинейности, направленность, взаимодействие деформационных и иагнитншс полей;
- выявление волновых айентов, характерных для тел с Шфост-руктурой и исследование возможности их использования в задачах акустического зондировалия тверди тел.
Научная новизш. Большинство результатов диссертации получено автором впервые. Их приоритет закреплен ссылками на работы автора в статьях как отечественных, так и зарубедак исследователей. Разработанный автором оригинальный способ определения козфрициен-та отражения упругих волн от неоднородностей закреплен авторский свидетельствои на изобретение.
Ііаучное и практическое значение. Полученные результати ваши Для развития механики деформируемого твердого тела в целой: вскрыты новые волновые эффекты и закономерности, присущие упругий телам с микроструктурой.
Практическое значение обусловлено крутой прикладных проблей, указанных выше.
Некоторые из результатов диссертации шали отражение в спецкурсах по теории упругих волн деформации, читаемых студентш и аспирантам Нижегородского госуниверситета и Меадународной высией школы "Динамика маши".
Апробация работы. Материалы диссертации, докладывались і обсуадались на 11 Мещщшродноы симпозиуме по нелинейной акустию (Новосибирск, 198?); на Международном симпозиуме "Распространени упругих волн" (Голуэй, Ирландия, 19138); на Мездушродиом сиюкш уме "Распространение ШФУгих волн и ультразвуковой нерозрушашщ контроль" (Колорадо, Боулдер, Ш), 1989); на 4 Иещщнародшй р, бочей группе по нелинейным и турбулентным процесса в физике (К ев, 1989); на Международной научной коллоквиуме по волнам в де ауцихся н неоднородных средах ''Евромех-275" (Лиссабон, Ивртут лия, 1991); на Международном симпозиуме по колебшияи в фи ческих системах (Познань, Польша, 1992); їй Мевдународном науч коллоквиуме по макро- и микромеханическиы аспектам разруше "Евромех-291" (Санкт-Петербург, 1992); на Меэдишрадном nay коллоквиуме но волшвым процессах в машинах и конструкциях "' мех-295" СНиїішй Новгород, 1992); т Меадународнои сишоз "Зльтразвук-93" (Вена, йветрия, 1993); «а меадушродшм їв; коллоквиуме но оценке влияния микроструктуры при выводе ураві состояния твердого тем "Евромех-303" (Мосіша - Пермь, 1933
Международном симпозиуме "Нелинейные волны в твердых телах" (Виктория, Канада, 1993); на 27 Всесоюзних и Всероссийских тучных конференциях.
В полном объеме диссертация обсуждалась на семинаре ИЛИ РАН по динамике сплошных сред (рук. чл.-корр. РАН С,С,Григорян, проф. Н.В.Зволшский, проф. В.ІІ.Кукуджанов, Москва, 1S92, 1993); на Санкт-Петербургском общегородском семинаре по механике (рук. академик 11.С.Соломенно, 1993); на семинаре отдела волновой динамики машин 1ІФ ШШ РАН (рук. проф. А.И.Весницкий. Нганий Новгород, 1993).
Публикации. Пр материалам диссертации опубликовано около 80 работ, основными из которых автор считает работы 11-31].
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения,