Нелинейные волны Лэмба в металлической пластинке с дефектами

В последнее время внимание исследователей привлекают структурно неоднородные материалы. Наличие мезоскопических неоднородностей в твердых телах приводит к появлению у них ряда новых физических свойств, которые отсутствуют в одноименных однородных твердых телах. Примером этого могут служить такие квантовые явления как отрицательное магнитосопротивление, квантовый эффект Холла и др. В дипломной работе М.Ю.Изосимовой проведены экспериментальные исследования влияния различных структурных неоднородностей на такое макроскопическое свойство твердых тел, как упругая нелинейность. В средах с дефектами наряду с физической нелинейностью, связанной с ангармонизмом кристаллической решетки, проявляется структурная (неклассическая) нелинейность, связанная с наличием дефектов и нарушением сплошности твердых тел. Особенностью этой нелинейности является то, что она имеет локальный характер и может на 2-4 порядка превышать физическую нелинейность. При этом оказывается, что величина нелинейности тем больше, чем больше количество дефектов в исследуемом объекте. Уникальные диагностические возможности упругих волн обусловили огромный международный интерес к созданию сверхчувствительных методов акустического неразрушающего контроля свойств материалов. Эти методы призваны найти принципиально новые решения задач диагностики структурных и усталостных изменений материалов и конструкций авиационной, космической и атомной промышленности, находящихся в экстремальных условиях эксплуатации. Такие цели поставлены перед проектом Европейского Совета NATEMIS (Nonlinear Acoustic Techniques for Micro-Scale Damage Diagnostics), в котором участвуют ученые из 12 стран Европы. Работы в этом направлении активно развернуты в ведущих университетах США и национальных ядерных центрах в Ливерморе и Лос-Аламосе. Аналогичные работы проводятся в ИПФ РАН (Нижний Новгород), в Акустическом институте (г. Москва), а также на кафедре акустики физического факультета МГУ им М.В. Ломоносова.

Помимо очевидной прикладной направленности этих работ, интерес к проблеме стимулируется и фундаментальными вопросами нелинейной физики и материаловедения, ряд из которых до сих пор выяснен не полностью. Учитывая особую важность проблемы 28 сентября 2005 г. в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева была проведена объединенная научная сессия Отделения физических наук РАН и Объединенного физического общества Российской федерации "Нелинейная акустическая диагностика". Часть результатов, полученных в дипломной работе М.Ю.Изосимовой, были включены в обзорный доклад заведующего кафедрой акустики О.В. Руденко на этой сессии РАН. (Материалы сессии опубликованы в УФН том 176 №1 2006г Их можно посмотреть на сайте www.ufn.ru).

Традиционные акустические методы неразрушающего контроля позволяют регистрировать только интегральный вклад дефектов в нелинейность исследуемого объекта. В дипломной работе М.Ю. Изосимова разработала методики, позволяющие измерять пространственное распределение неклассической акустической нелинейности, и определять координаты дефектов в исследуемых материалах. Для проведения экспериментальных исследований на основе закупленного к 250-летию МГУ лазерного сканирующего виброметра фирмы POLYTEC был создан уникальный автоматизированный комплекс для измерения, спектрального анализа и восстановления формы колебаний твердых тел. На этом комплексе Машей выполнен цикл исследований линейных и нелинейных упругих свойств металлической пластинки с дефектами. Были экспериментально исследованы основные свойства неклассической нелинейности: ее локальный и пороговый характер, аномально высокие значения акустических гармоник в местах дефектов в образце. С помощью разработанного пакета программ М.Ю. Изосимовой на основе выполненных экспериментов было определено пространственное распределения структурной нелинейности и определены координаты отдельных дефектов субмикронных размеров. В работе показано, что при проведении диагностики твердых тел методы нелинейной акустики могут оказаться более чувствительными, чем металлографический и рентгеноструктурный анализы. Разработанные в дипломной работе методики могут быть использованы также для диагностики биологических объектов.

Дипломная работа М.Ю. Изосимовой внесла существенный вклад в новое научное направление, развиваемое на кафедре акустике - экспериментальное определение распределения дефектов в твердых телах методами нелинейной акустики, была выдвинута на конкурс студенческих работ им. Р.В. Хохлова, где заняла II место.

Маша успешно сдала экзамены в аспирантуру физического факультета МГУ, где продолжит исследования в области нелинейной акустодиагностики.

Профессор кафедры акустики А.И. Коробов.