Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân Tích Độ Khuếch Tán Sóng Hướng Dẫn và Hiệu Ứng Acoustoelastic Trong Các Dải Sóng Bị Căng Thông Qua Phương Pháp Tần Số Riêng và Nghiên Cứu Thực Nghiệm
Tóm tắt
Dựa trên ảnh hưởng của ứng suất ban đầu và các hệ số acoustoelastic đến hành vi khuếch tán của sóng hướng dẫn trong các dải sóng bị căng, một phương pháp phần tử hữu hạn được trình bày để phân tích sự lan truyền sóng trong các dải sóng đã được căng trước. Phương pháp này dựa trên lý thuyết acoustoelastic để giải tần số riêng của các dải sóng đã được căng trước, trong đó các số sóng và các chế độ được phân biệt bởi hình dạng chế độ, và các giải pháp cho vận tốc pha và vận tốc nhóm đã được xác định. Thuật toán này được áp dụng để phân tích độ khuếch tán và các hệ số acoustoelastic của một tấm đã được căng trước và một mô hình thanh đối xứng trục. Kết quả thu được nhất quán với các nghiên cứu trước đó, chứng minh rằng phương pháp này hữu ích cho việc phân tích độ khuếch tán và hiệu ứng acoustoelastic trong các dải sóng đã được căng. Hiệu ứng acoustoelastic của sóng hướng dẫn chế độ dọc trong thanh đã được nghiên cứu thực nghiệm theo phương pháp phân tích tần số riêng. Kết quả cho thấy xu hướng của các kết quả thực nghiệm tương đồng tốt với phương pháp tần số riêng. Tần số phát hiện của chế độ L(0.1) khoảng 72 kHz, sai số của chế độ L(0.2) là nhỏ trong khoảng 240–280 kHz, điều này phù hợp hơn cho việc phát hiện căng thẳng acoustoelastic.
Từ khóa
#acoustoelastic effect #guided wave #finite element method #dispersion analysis #prestressed waveguides #eigenfrequency methodTài liệu tham khảo
Crecraft, D.I., Ultrasonic measurement of stress, Ultrasonics, 1968, no. 2, p. 117.
Yu, F., Gupta, N., and Hoy, J., Nonintrusive pressure measurement based on ultrasonic waves, Insight, 2005, vol. 47, no. 5, pp. 285–288.
Tanala, E., Bourse, G., Fremiot, M., et al., Determination of near surface residual stresses on welded joints using ultrasonic methods, NDT & E Int., 1995, vol. 28, no. 2, pp. 83–88.
Hirao, M., Ogi, H., and Yasui, H., Contactless measurement of bolt axial stress using a shear wave electromagnetic acoustic transducer, NDT & E Int., 2001, vol. 34, no. 3, pp. 179–183.
Chen, H.L.R., He, Y., and Ganga Rao, Measurement of prestress force in the rods of stressed timber bridges using stress waves, Mater. Eval., 1998, vol. 56, no. 8, pp. 977–981.
Kwun, H., Bartels, K.A., and Hanley, J.J., Effect of tensile loading on the properties of elastic wave in a strand, J. Acoust. Soc. Am., 1998, vol. 103, no. 6, pp. 3370–3375.
Ozevin, D., Numerical and experimental demonstration of shear stress measurement at thick steel plates using acoustoelasticity, in Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 2015, 9437.
Ning, P. and Bond, L.J., Higher order acoustoelastic Lamb wave propagation in stressed plates, Acoust. Soc. Am., 2016, vol. 140, no. 5, pp. 3834–3843.
Ellwood, R., Stratoudaki, T., Sharples, S.D., et al., Imaging textural variation in the acoustoelastic coefficient of aluminum using surface acoustic waves, Acoust. Soc. Am., 2015, vol. 138, 2811.
Kwaśniewki, J., Dominikn, I., Lalik, K., and Holewa, K., Influence of acoustoelastic coefficient on wave time of flight in stress measurement in piezoelectric self excited system, Mech. Syst. Signal Process., 2016, vol. 78, pp. 143–155.
Abbasi, Z. and Ozevin, D., Acoustoelastic coefficients in thick steel plates under normal and shear stresses, Exp. Mech., 2016, vol. 56, no. 9, pp. 1–17.
Chen, F. and Wilcox, P.D., The effect of load on guided wave propagation, Ultrasonics, 2007, vol. 47, pp. 111–122.
di Scalea, F.L., Rizzo, P., and Seible, F., Stress measurement and defect detection in steel strands by guided stress waves, J. Mater. Civ. Eng., 2003, vol. 15, no. 3, pp. 219–227.
Chaki, S. and Bourse, G., Guided ultrasonic waves for nondestructive monitoring of the stress levels in prestressed steel strands, Ultrasonics, 2009, vol. 49, no. 2, pp. 162–171.
Wang, D., Song, Z., Wu, Y., et al., Ultrasonic wave based pressure measurement in small diameter pipeline, Ultrasoni-cs, 2015, vol. 63, pp. 1–6.
Yao, B., Hongliang, Z., Zhiyao, H., et al., Ultrasonic pressure measurement in pressure vessels, Rev. Sci. Instru-m., 2014, vol. 85, no. 12, 125002–125002-10.
Duenwald, S., Kobayashi, H., Frisch, K., et al., Ultrasound echo is related to stress and strain in tendon, J. Biomech., 2011, vol. 44, pp. 424–429.
Thurston, R.N. and Brugger, K., Third order elastic constants and the velocity of small amplitude elastic waves in homogeneously stressed media, Phys. Rev., 1964, vol. 133, no. 6A, pp. 1604–1610.
Rizzo, P. and di Scalea, F.L., Effect of frequency on the acoustoelastic response of steel bars, Exp. Tech., 2003, vol. 27, no. 6, pp. 40–43.
Dean, T., Zhenqing, L., and Pengfei, H., Optimal mode and frequency thickness of guided waves nondestructive testing in pipes, J. TongJi Univ., 2004, vol. 32, no. 5, pp. 696–700.
Washer, G.A., Green, R.E., and Pond, R.B., Jr., Velocity constants for ultrasonic stress measurement in prestressing tendons, Res. Nondestr. Eval., 2002, vol. 14, pp. 81–94.
Rizzo, P., Health monitoring of tendons and stay cables for civil structures, PhD Thesis, San-Diego: Univ. California, 2004.