Генерация поперечных волн в полимерах (ПММА, Полистирол)

Добрый день,

Я не занимаюсь дефектоскопией, но мои научные интересы (я физик) в последнее время стали пересекаться с тематикой генерации продольных и поперечных ультразвуковых волн в полимерах. В данный момент нами исследуются ПММА, полистирол и поликарбонат, а также нанокомпозиты на основе этих материалов. Недавно перед нами встала задача генерация поперечных волн в длинных брусках (10х10х70мм) из этих материалов.

Тогда как создание продольных волн проводилось нами ранее с помощью приобретенных УЗ преобразователей, теперь для генерации поперечных волн судя по всему нам придется создавать некий преобразователь самим т.к. на рынке все под металлы сделано. Соответственно нужно, как я это понимаю, создать призму из какого-то другого материала (со скоростью звука меньшей, чем в исследуемом материале), так чтоб угол ввода в материал обеспечивал полное отражение продольных волн, но прохождение поперечных. Подскажите, пожалуйста, 1) правильно ли я понимаю идею генерации поперечных волн и 2) можете ли вы подсказать какой-то материал со скоростями звука меньшими чем 1800 м/с, чтоб его использовать в качестве такой призмы. У меня есть еще несколько вопросов по указанной теме, если кто-то сможет меня проконсультировать буду очень признателен. Спасибо!Тарас, aav59ru, Slatit, Михаил57, kivin,

АндрейБ- написал(а):

Добрый день,

Я не занимаюсь дефектоскопией, но мои научные интересы (я физик) в последнее время стали пересекаться с тематикой генерации продольных и поперечных ультразвуковых волн в полимерах. В данный момент нами исследуются ПММА, полистирол и поликарбонат, а также нанокомпозиты на основе этих материалов. Недавно перед нами встала задача генерация поперечных волн в длинных брусках (10х10х70мм) из этих материалов.

Тогда как создание продольных волн проводилось нами ранее с помощью приобретенных УЗ преобразователей, теперь для генерации поперечных волн судя по всему нам придется создавать некий преобразователь самим т.к. на рынке все под металлы сделано. Соответственно нужно, как я это понимаю, создать призму из какого-то другого материала (со скоростью звука меньшей, чем в исследуемом материале), так чтоб угол ввода в материал обеспечивал полное отражение продольных волн, но прохождение поперечных. Подскажите, пожалуйста, 1) правильно ли я понимаю идею генерации поперечных волн и 2) можете ли вы подсказать какой-то материал со скоростями звука меньшими чем 1800 м/с, чтоб его использовать в качестве такой призмы. У меня есть еще несколько вопросов по указанной теме, если кто-то сможет меня проконсультировать буду очень признателен. Спасибо!Тарас, aav59ru, Slatit, Михаил57, kivin,

Нажмите для раскрытия...

Материал с низкой скоростью ультразвуковых волн - например вода
Возбудить поперечные волны в полистироле и поликарбонате можно с помощью пьезокерамики Y-среза (по аналогии с кварцем). Контактная среда должна быть либо твердой (пластина Y-среза приклеена) или очень густой, например не отвержденная эпоксидная смола.
В металлах возбудить поперечные волны и того проще - ЭМА преобразователем или лазерное возбуждение.
Еще можно поиграться с магнитостриктором.

Михаил57 написал(а):

Материал с низкой скоростью ультразвуковых волн - например вода
Возбудить поперечные волны в полистироле и поликарбонате можно с помощью пьезокерамики Y-среза (по аналогии с кварцем). Контактная среда должна быть либо твердой (пластина Y-среза приклеена) или очень густой, например не отвержденная эпоксидная смола.
В металлах возбудить поперечные волны и того проще - ЭМА преобразователем или лазерное возбуждение.
Еще можно поиграться с магнитостриктором.

Нажмите для раскрытия...

Тоже хотел написать про Y-срез, но не знал как "пропустить" поперечную волну из ПЭП в ОК. Т.е., Михаил, вы предлагаете приклеить пластину непосредственно к ОК (П.с. нашел такое же "предложение" у Ермолова )?
И попутно вопрос, а вы сами их в продаже видели? Или это только играть в "самоделкина"?

Антошка написал(а):

Тоже хотел написать про Y-срез, но не знал как "пропустить" поперечную волну из ПЭП в ОК. Т.е., Михаил, вы предлагаете приклеить пластину непосредственно к ОК (П.с. нашел такое же "предложение" у Ермолова )?
И попутно вопрос, а вы сами их в продаже видели? Или это только играть в "самоделкина"?

Нажмите для раскрытия...

Мы заказывали специально у производителей ЦТС-19 с соответствующей поляризацией.
Есть термоклеи, которые можно слегка подогреть и отклеить пластину.
В основном мы экспериментировали через сырую эпоксидку, поскольку исследовали выявление дефектов поляризованными SH поперечными волнами и пластину надо было вращать на объекте контроля.

Михаил57 написал(а):

Материал с низкой скоростью ультразвуковых волн - например вода
Возбудить поперечные волны в полистироле и поликарбонате можно с помощью пьезокерамики Y-среза (по аналогии с кварцем). Контактная среда должна быть либо твердой (пластина Y-среза приклеена) или очень густой, например не отвержденная эпоксидная смола.
В металлах возбудить поперечные волны и того проще - ЭМА преобразователем или лазерное возбуждение.
Еще можно поиграться с магнитостриктором.

Нажмите для раскрытия...

Спасибо!
Подскажите, пожалуйста можно ли такую пьезокерамику Y-среза купить где-то, чтоб она наверняка работала для генерации именно поперечных волн? По каким-нибудь ключевым словам может искать или компанию порекомендуете? Какое нибудь готовое решение, чтоб была поперечные волны сразу?

Также, если вам не сложно, можете прокомментировать вот такие две идеи по поводу генерации поперечных волн:

1) Цель в общем-то сгенерировать и измерить скорость звука таких волн в стержне из полистирола или поликарбоната. Так, что сначала я просто подумал приложить УЗ преобразователь, генерирующий продольные волны, поперек стержня. И даже вроде бы удалось в такой конфигурации (см. рисунок) получить сигнал на 2 преобразователе в то время, где исходя из оценок скорости звука поперечных волн он и должен быть. https://ibb.co/6ZZRksq - ссылка на рисунок. В чем я здесь ошибся? Интерпретировать этот странный способ наверно можно и так: давайте рассчитаем призмы для ввода поперечных волн в Полистирол если призма изготовлена тоже из полистирола . Получается в общем-то, что такая призма просто кубик, куда надо со стороны вводить продольные волны. Где то я тут напортачил, но не знаю где.


2) Что если купить УЗ преобразователь с призмой для генерации чисто поперечных волн в металле и использовать металлическую прокладку приклеенную с торца к образцу. Как мне кажется в металле должны генерировать только поперечные волны и т.к. они пойдут под углом 90 градусов к разделу сред металл/образец, они должны в каком то количестве остаться и в образце. (конечно будет отражение от границы металл/образец, но грубо говоря, мне кажется в образце если что и побежит то только поперечные волны). см. рис. 2. Где здесь могут быть ошибки? https://ibb.co/5hPywLT - ссылка на рисунок.

Заранее спасибо! Буду рад любым советам по тому где можно купить нечто генерирующее поперечные волны в полимерах. Деньги на гранте есть, так что в идеале хотелось бы просто купить наверняка рабочее решение.

АндрейБ- написал(а):

Спасибо!
Подскажите, пожалуйста можно ли такую пьезокерамику Y-среза купить где-то, чтоб она наверняка работала для генерации именно поперечных волн? По каким-нибудь ключевым словам может искать или компанию порекомендуете? Какое нибудь готовое решение, чтоб была поперечные волны сразу?

Также, если вам не сложно, можете прокомментировать вот такие две идеи по поводу генерации поперечных волн:

1) Цель в общем-то сгенерировать и измерить скорость звука таких волн в стержне из полистирола или поликарбоната. Так, что сначала я просто подумал приложить УЗ преобразователь, генерирующий продольные волны, поперек стержня. И даже вроде бы удалось в такой конфигурации (см. рисунок) получить сигнал на 2 преобразователе в то время, где исходя из оценок скорости звука поперечных волн он и должен быть. https://ibb.co/6ZZRksq - ссылка на рисунок. В чем я здесь ошибся? Интерпретировать этот странный способ наверно можно и так: давайте рассчитаем призмы для ввода поперечных волн в Полистирол если призма изготовлена тоже из полистирола . Получается в общем-то, что такая призма просто кубик, куда надо со стороны вводить продольные волны. Где то я тут напортачил, но не знаю где.

2) Что если купить УЗ преобразователь с призмой для генерации чисто поперечных волн в металле и использовать металлическую прокладку приклеенную с торца к образцу. Как мне кажется в металле должны генерировать только поперечные волны и т.к. они пойдут под углом 90 градусов к разделу сред металл/образец, они должны в каком то количестве остаться и в образце. (конечно будет отражение от границы металл/образец, но грубо говоря, мне кажется в образце если что и побежит то только поперечные волны). см. рис. 2. Где здесь могут быть ошибки? https://ibb.co/5hPywLT - ссылка на рисунок.

Заранее спасибо! Буду рад любым советам по тому где можно купить нечто генерирующее поперечные волны в полимерах. Деньги на гранте есть, так что в идеале хотелось бы просто купить наверняка рабочее решение.

Нажмите для раскрытия...

Керамику Y-среза надо заказывать у производителей или попытаться одолжить у поставщиков ПЭП.
Разумеется пластины излучают ВСЕ типы волн одновременно, но разной интенсивности. Вы будете разбираться по времени и амплитуде принятого сигнала.
По схеме 1 Вы возбуждаете продольную волну и примите многократно отраженную продольную волну.
Если Вы физик, то сначала разберитесь чем отличаются продольные и поперечные волны.
По схеме 2 с учетом "Как мне кажется в металле должны генерировать только поперечные волны и т.к. они пойдут под углом 90 градусов к разделу сред металл/образец, они должны в каком то количестве остаться и в образце." Вы получите волны Рэлея и Стонли имеющие специфические свойства. А поперечных так и не будет. Да и погрешность со всеми этими слоями будет очень большая.
Лучше всего раздобудьте керамику Y - среза - точнее всего получится.

АндрейБ-, к сожалению я только практик, с теорией у меня всё плохо... =) Почитаю сам с удовольствием, что другие предложат... До сих пор на работе, картинки не открываются, может дома завтра получится посмотреть. Пока есть вопрос, а куда вы ПЭП планируете ставить? С торца? или вдоль на боковую сторону?

АндрейБ- написал(а):

Спасибо!
Подскажите, пожалуйста можно ли такую пьезокерамику Y-среза купить где-то, чтоб она наверняка работала для генерации именно поперечных волн?...

1) Цель в общем-то сгенерировать и измерить скорость звука таких волн в стержне из полистирола или поликарбоната...

2) Что если купить УЗ преобразователь с призмой для генерации чисто поперечных волн в металле и использовать металлическую прокладку приклеенную с торца к образцу...

Нажмите для раскрытия...

Пьезопластина, а точнее кристалл пьезоматериала имеет три оси: Z, X и Y. Все они перпендикулярны друг другу. Если пластину вырезать по оси Х - то она будет колебаться "вверх-вниз" и поэтому будет генерировать продольные волны.
Если пластину из того же пьезоматериала вырезать по оси Y - она будет колебаться "влево-вправо" и генерировать поперечные волны.
Проблема в том, что эти волны сложно ввести из ПЭПа в объект контроля. Как минимум поперечные волны не могут существовать в жидкостях, поэтому обычная контактная жидкость не подходит.
Из-за того, что в практике Y-срез не применяется - то и продавать его массово нет смысла. Но под заказ - сделают.
Так что нет готового решения ПЭП поперечных волн. А уж для металла ПЭП или нет - это вообще вопрос вторичный.

АндрейБ-, не надо ничего изобретать. Все уже давно придумано.
Компания Olympus выпускает преобразователи для возбуждения поперечных волн в диапазоне частот 0,1-20 МГц различного диаметра.
Пройдите по ссылке https://www.olympus-ims.com/ru/ultrasonic-transducers/shear-wave/#!cms[tab]=%2Fpanametrics-ndt-ultrasonic%2Fshear-wave%2Fdelay-line и выберете необходимый вам ПЭП.
Далее найдите ближайшего к вам поставщика оборудования НК Olympus и сделайте заказ.

Alexander написал(а):

АндрейБ-, не надо ничего изобретать. Все уже давно придумано.
Компания Olympus выпускает преобразователи для возбуждения поперечных волн в диапазоне частот 0,1-20 МГц различного диаметра.
Пройдите по ссылке https://www.olympus-ims.com/ru/ultrasonic-transducers/shear-wave/#!cms[tab]=%2Fpanametrics-ndt-ultrasonic%2Fshear-wave%2Fdelay-line и выберете необходимый вам ПЭП.
Далее найдите ближайшего к вам поставщика оборудования НК Olympus и сделайте заказ.

Нажмите для раскрытия...

Значит я ошибся и готовые решения есть.

И даже продают контактную жидкость для них. Нетоксичное, растворимое в воде органическое вещество высокой вязкости.

Alexander написал(а):

АндрейБ-, не надо ничего изобретать. Все уже давно придумано.
Компания Olympus выпускает преобразователи для возбуждения поперечных волн в диапазоне частот 0,1-20 МГц различного диаметра.
Пройдите по ссылке https://www.olympus-ims.com/ru/ultrasonic-transducers/shear-wave/#!cms[tab]=%2Fpanametrics-ndt-ultrasonic%2Fshear-wave%2Fdelay-line и выберете необходимый вам ПЭП.
Далее найдите ближайшего к вам поставщика оборудования НК Olympus и сделайте заказ.

Нажмите для раскрытия...

Что рекомендуется Олимпусом в качестве контактной жидкости для передачи поперечных волн?

Михаил57 написал(а):

Что рекомендуется Олимпусом в качестве контактной жидкости для передачи поперечных волн?

Нажмите для раскрытия...

Михаил, там на сайте есть вкладка Delay Line Series, а в ней:

Shear Wave Couplant
SWC

4 oz.
(0.12 liter)

Normal Incidence Shear Wave, non-toxic, water soluble organic substance of very high viscosity.

Я чуть выше написал

Антошка написал(а):

И даже продают контактную жидкость для них. Нетоксичное, растворимое в воде органическое вещество высокой вязкости.

Нажмите для раскрытия...

Ну а сам хим.состав наверное секрет.