Защита диссертации УЦЫН

1.

Уцын Григорий Евгеньевич
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ОТКЛИК НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЫ НА
ИМПУЛЬСНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
Диссертация
на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант доктор технических наук, профессор
Люкшин Борис Александрович
1

2. Цель диссертационной работы

• получение физически обоснованных объяснений и описания
процессов
формирования
электромагнитного
отклика
диэлектрических материалов на действие импульсной нагрузки.
Получение
модели
электромагнитного
отклика
из
диэлектрической пьезососдержащей среды на механическое
воздействие. Исследование методами вычислительной механики
волновых процессов, возникающих в упругой дефектной среде и
определение закономерностей формирования параметров
электромагнитного отклика гетерогенных диэлектрических
материалов на импульсное упругое возбуждение в зависимости
от
структурных
и
физико-механических
характеристик
материалов.
2

3. Основные решаемые задачи:

• 1) разработка физических моделей среды с неоднородностями в виде
трещин или включений применительно к описанию волновых
процессов, происходящих при импульсном нагружении изделий;
• 2) разработка и реализация математической модели волнового
процесса в неоднородной среде;
• 3) проведение параметрических исследований связи параметров
электромагнитного отклика пьезосодержащих материалов с
параметрами напряженно-деформированного состояния;
• 4) анализ результатов математического моделирования и
сопоставление их с результатами лабораторных исследований;
• 5) разработка рекомендаций по совершенствованию и практическому
применению метода неразрушающего контроля, основанного на
явлении механоэлектрических преобразований.
3

4. Методы исследований:

• С целью понимания деталей процессов, происходящих в пьезосодержащих
материалах, конструкций при импульсном воздействии, использовано
математическое моделирование волнового процесса в области с заданными
геометрическими размерами конструкции.
• Экспериментальные данные носят преимущественно интегральный смысл.
Под воздействием механического напряжения в пьезосодержащей среде,
возникает пьезоэлектрический эффект. Тогда, с применением
математического моделирования волнового процесса становится
возможным создать механоэлектрическую модель пьезосодержащей среды.
• Полученные расчетные данные сопоставляли с экспериментальной базой
лабораторных исследований, проведенных в настоящей работе. Данные
регистрации и анализа параметров электромагнитного отклика
пьезосодержащих образцов заданного размера на упругое ударное
возбуждение.
4

5. Основные положения, выносимые на защиту:

• 1) модель, механоэлектрических преобразований, показывающая связь
между параметрами волнового процесса в пьезосодержащей среде
(содержащей пьезовключения и/или двойные электрические слои) с
электромагнитным откликом на импульсное механическое воздействие;
• 2) влияние структуры и характера неоднородностей на закономерности
формирования волновых процессов и как следствие связь параметров
электромагнитного отклика, на импульсное механическое воздействие, в
зависимости от взаимного расположения пьезоисточников и/или двойных
электрических слоев;
• 3) определение наличия дефектов по параметрам электромагнитного
отклика и механоэлектрических процессов при наличии дефектов в среде;
• 4) установленные корреляции между экспериментальными и
теоретическими данными по определению дефектности образцов на основе
анализа амплитудно-частотных параметров электромагнитного сигнала
(отклика), возникающего при импульсном механическом воздействии.
5

6. Научная новизна работы

• Разработана и реализована не имеющая аналогов математическая
модель механоэлектрических преобразований, связывающая между
собой параметры волнового процесса и возникающего
электромагнитного отклика. Впервые реализована соответствующая
математическая модель, связывающая между собой параметры
волнового процесса и возникающего электромагнитного отклика.
Экспериментально доказана связь конкретных характеристик НДС и
возникающего электромагнитного отклика. На основе проведенных
параметрических исследований впервые дано обоснование
возникающих на амплитудно-частотных характеристиках
электромагнитного отклика пиков как реакции дефектов и/или
неоднородностей в материале на импульсное воздействие.
6

7. Теоретическая и практическая значимость

• Исследование вносит значительный вклад в развитие прикладного направления механики
деформируемого тела.
• Полученные результаты значимы для развития метода НК, основанного на использовании
эффекта пьезоэлектрических преобразований.
• Проведение параметрических исследований заложило базу для создания банка эталонных
электромагнитных откликов, по которым возможен анализ и распознавание дефектов с
помощью метода НК, основанного на эффекте механоэлектрических преобразований.
• Разрабатываемый метод при использовании совместно с другими методами НК повышает
точность определения дефектности (размер, ориентация, положение и тип дефекта)
исследуемой области.
• Использование результатов и методов исследования при анализе и верификации
экспериментальных данных, при создании новых образцов диагностирующей аппаратуры.
• Результаты работы используются в учебном процессе.
• Работа выполнена в рамках Государственных заданий «Наука» №. 5.1306.2014.,
7.1826.2011., а также грант РФФИ № 11-08-01102-a.
7

8. Личный вклад автора

• Автором была разработана и реализована механоэлектрическая
(физическая) модель среды, представляющей собой пьезосодержащие
гетерогенные неметаллические материалы. Это позволило разработать
математическую модель процесса прохождения упругой волны по образцу
заданных размеров и показать связь параметров электромагнитного отклика
с параметрами НДС. Получены количественные данные электромагнитного
отклика пьезосодержащей среды. Показана связь между параметрами
электромагнитного отклика и параметрами НДС среды при возбуждении
акустической волны и прохождении ее по массиву образца. Проведен
анализ и обработка полученных расчетных данных с использованием
методов вычислительной механики, а также выполнено их сопоставление с
результатами лабораторных исследований. Выработаны практические
рекомендации для дальнейших исследований в данной области, а также для
разработки перспективных средств НК, использующих эффекты
механоэлектрических преобразований.
8

9. Обоснованность и достоверность

• Обоснованность и достоверность результатов, представленных в
работе, подтверждается корректностью математических
постановок задач, использованием апробированных и
оттестированных вычислительных алгоритмов, сходимостью
численных решений, использованием большого массива
экспериментальных данных, иллюстрирующих согласование
теоретических расчетных и экспериментально полученных
результатов.
9

10. Физическая и математическая модели

• Рассматривается распространение волны в неоднородной среде
заданных размеров. Задача решается в упругой постановке. В
модели задана среда с физико-механическими свойствами
бетона. Задано воздействие на область импульсной нагрузки,
приложенной на часть ее поверхности.
• Поставленная задача решается с использованием таких гипотез,
традиционных для классической модели упругой среды, как,
например, однородности и сплошности. При наличии каких-либо
неоднородностей вследствие дефектов или включений эти
неоднородности учитываются явным образом, т.е. входят в
постановку задачи.
10

11. Математическая модель

• Обобщенная система уравнений теории упругости содержит 15 неизвестных
•