phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2310-7251-2022-2-17-27phmath-107Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВлияние дефектности сотовой структуры в системе «сотовая матрица – композит» на акустическую эмиссию в изменяющемся температурном полеEffect of defects on honeycomb structure in a ‘honeycomb – composite matrix’ system on acoustic emission in a changing temperature fieldАсеевЕ. М.AseevE. M.

Асеев Евгений Михайлович – аспирант кафедры общей физики

141014, Московская обл., г. Мытищи, ул. Веры Волошиной, д. 24

Evgenii M. Aseev – Postgraduate Student, Department of General Physics

ul. Very Voloshinoi 24, Mytishchi 141014, Moscow Region

aseevgenij@yandex.ruКалашниковЕ. В.KalashnikovE. V.

Калашников Евгений Владимирович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры вычислительной математики и информационных технологий

141014, Московская обл., г. Мытищи, ул. Веры Волошиной, д. 24

Evgenii V. Kalashnikov – Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Department of Computational Mathematics and Information Technology

ul. Very Voloshinoi 24, Mytishchi 141014, Moscow Region

ekevkalashnikov1@gmail.comМосковский государственный областной университетРоссияMoscow Region State UniversityRussian Federation202221072022021727Copyright © Асеев Е.М., Калашников Е.В., 20222022Асеев Е.М., Калашников Е.В.Aseev E.M., Kalashnikov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/107

Цель статьи - экспериментальное изучение сложной системы, сочетающей в себе сотовую структуру, сопряжённую по нормали с композиционной структурой и имеющей дефектность. Процедура и методы. Рассматривается влияние дефектности сотовой структуры на акустическую эмиссию в системе «сотовая матрица - композит», когда в роли внешнего возмущения выступает изменяющееся температурное поле. Используются методы акустической эмиссии. Вместо нагружения образца внешними силами используется температурное поле. Градиенты температурного поля генерируют механические напряжения в образце, возбуждая акустические поля в образце. Регистрировались акустические сигналы и температура образца.Результаты. Получены зависимости амплитуд акустических сигналов от времени, в связи с нагреванием образцов с дефектом и без дефекта. А также обнаружено влияние размеров образца на акустическую эмиссию.Теоретическая и/или практическая значимость. Амплитудные характеристики сигналов акустической эмиссии позволяют контролировать сложные системы при различных температурах и обнаруживать дефекты без использования механического нагружения изделий. Развиваемые методы акустической эмиссии в температурных полях применимы для анализа и контроля сложных инженерных конструкций.

Aim

Aim. The purpose is an experimental study of a complex system that combines a honeycomb structure that is normal-conjugated with a compositional structure and has imperfections.

Methodology

Methodology. The influence of the defectiveness of the honeycomb structure on acoustic emission in the ‘“honeycomb matrix – composite’ system, when a changing temperature field acts as an external disturbance, is considered. Acoustic emission methods are used. Instead of loading the sample with external forces, a temperature field is used. Temperature field gradients generate mechanical stresses in the sample, exciting acoustic fields in the sample. Acoustic signals and sample temperature are recorded.

Results

Results. Time dependences of the amplitudes of acoustic signals are obtained by heating samples with and without defects. It is also found that the sample size affects the acoustic emission.

Research implications

Research implications. The amplitude characteristics of acoustic emission signals make it possible to control complex systems at different temperatures and detect defects without using mechanical loading of products. The developed methods of acoustic emission in temperature fields are applicable to the analysis and control of complex engineering structures.

структура пчелиных сотакустическая эмиссияпьезоэлектрический преобразовательтемператураамплитудакомпозитнеразрушающий контрольhoneycombs structureacoustic emissionpiezoelectric transducertemperatureamplitudecompositenon-destructive testingtechnical diagnosticsReferencesБехер С. А., Бобров А. Л. Основы неразрушающего контроля методом акустической эмиссии. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2013. 145 с.Bekher S. A., Bobrov A. L. Osnovy nerazrushayushchego kontrolya metodom akusticheskoi emissii [Fundamentals of non-destructive testing by acoustic emission]. Novosibirsk, Siberian Transport University Publ., 2013. 145 p.Буйло С. И. Физико-механические, статистические и химические аспекты акустико-эмиссионной диагностики. Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2017. 184 с.Buylo S. I. Fiziko-mekhanicheskie, statisticheskie i khimicheskie aspekty akustiko-emissionnoi diagnostiki [Physico-mechanical, statistical and chemical aspects of acoustic emission diagnostics]. Taganrog, Southern Federal University Publ., 2017. 184 p.Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. Т. 7. М.: Наука, 1987. 248 с.Landau L. D., Lifshitz E. M. Theory of Elasticity, Vol. 7. Oxford, Butterworth-Heinemann, 1986. 195 p.Acoustic Emission and Ultrasound for Damage Characterization of Concrete Elements / Aggelis D. G., Shiotani T., Momoki S., Hirama A. // ACI Materials Journal. 2009. Vol. 106. No. 6. P. 509–514. DOI: 10.14359/51663333.Aggelis D. G., Shiotani T., Momoki S., Hirama A. Acoustic Emission and Ultrasound for Damage Characterization of Concrete Elements. In: ACI Materials Journal, 2009, vol. 106, no. 6, pp. 509–514. DOI: 10.14359/51663333.Evaluation of the characterization of acoustic emission of brittle rocks from the experiment to numerical simulation / Bu F., Xue L., Zhai M., Huang X., Dong J., Liang N., Xu C. // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. P. 498–514. DOI: 10.1038/s41598-021-03910-8.Bu F., Xue L., Zhai M., Huang X., Dong J., Liang N., Xu C. Evaluation of the characterization of acoustic emission of brittle rocks from the experiment to numerical simulation. In: Scientific Reports, 2022, vol. 12, pp. 498–514. DOI: 10.1038/s41598-021-03910-8.Acoustic Emission from Porous Collapse and Moving Dislocations in Granular Mg-Ho Alloys under Compression and Tension / Chen Y., Ding X., Fang D., Sun J., Salje E. K. H. // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. P. 1–12: DOI: 10.1038/s41598-018-37604-5.Chen Y., Ding X., Fang D., Sun J., Salje E. K. H. Acoustic Emission from Porous Collapse and Moving Dislocations in Granular Mg-Ho Alloys under Compression and Tension. In: Scientific Reports, 2019, vol. 9, pp. 1–12: DOI: 10.1038/s41598-018-37604-5.Chen Z., Qu J. Dislocation-induced acoustic nonlinearity parameter in crystalline solids // Journal of Applied Physics. 2013. Vol. 114. Iss. 16. P. 164906–164921. DOI: 10.1063/1.4826523.Chen Z., Qu J. Dislocation-induced acoustic nonlinearity parameter in crystalline solids. In: Journal of Applied Physics, 2013, vol. 114, iss. 16, pp. 164906–164921. DOI: 10.1063/1.4826523.Cybulska J., Pieczywek P. M., Zdunek A. The effect of Ca2+ and cellular structure on apple firmness and acoustic emission // European Food Research and Technology. 2012. Vol. 235. P. 119–128. DOI: 10.1007/s00217-012-1743-6.Cybulska J., Pieczywek P. M., Zdunek A. The effect of Ca2+ and cellular structure on apple firmness and acoustic emission. In: European Food Research and Technology, 2012, vol. 235, pp. 119–128. DOI: 10.1007/s00217-012-1743-6.Acoustic emission source location method and experimental verification for structures containing unknown empty areas / Dong L., Tao Q., Hu Q., Deng S., Chen Y., Luo Q., Zhang X. // International Journal of Mining Science and Technology. 2022. Vol. 32. Iss. 3. P. 487–497. DOI: 10.1016/j.ijmst.2022.01.002.Dong L., Tao Q., Hu Q., Deng S., Chen Y., Luo Q., Zhang X. Acoustic emission source location method and experimental verification for structures containing unknown empty areas. In: International Journal of Mining Science and Technology, 2022, vol. 32, iss. 3, pp. 487–497. DOI: 10.1016/j.ijmst.2022.01.002.Huang Y., Li K. M. The Effect of Honeycomb Cavity: Acoustic Performance of a Double-leaf Micro Perforated Panel // The Summer Undergraduate Research Fellowship (SURF) Symposium (4 August, 2016, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA) [Электронный ресурс]. URL: https://docs.lib.purdue.edu/surf/2016/presentations/56/ (дата обращения: 01.02.2022).Huang Y., Li K. M. The Effect of Honeycomb Cavity: Acoustic Performance of a Doubleleaf Micro Perforated Panel. In: The Summer Undergraduate Research Fellowship (SURF) Symposium (4 August, 2016, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA). Available at: https://docs.lib.purdue.edu/surf/2016/presentations/56/ (accessed: 01.02.2022).Kim C. S., Kwun S. I., Lissenden C. J. Influence of Precipitates and Dislocations on the Acoustic Nonlinearity in Metallic Materials // Journal of the Korean Physical Society. 2009. Vol. 55. No. 2. P. 528–532.Kim C. S., Kwun S. I., Lissenden C. J. Influence of Precipitates and Dislocations on the Acoustic Nonlinearity in Metallic Materials. In: Journal of the Korean Physical Society, 2009, vol. 55, no. 2, pp. 528–532.Acoustic emission analysis of full-scale honeycomb sandwich composite curved fuselage panels / Leone F. A. Jr., Ozevin D., Godinez V., Mosinyi B., Bakuckas J. G. Jr., Awerbuche J., Lau A., Tan T.-M. // 15th International Symposium on Smart Structures and Materials & Nondestructive Evaluation and Health Monitoring. Vol. 6934, Nondestructive Characterization for Composite Materials, Aerospace Engineering, Civil Infrastructure, and Homeland Security. (San Diego, CA, March, 2008) [Электронный ресурс]. URL: https://clck.ru/rf7fX (дата обращения: 01.02.2022). DOI: 10.1117/12.776146.Leone F. A. Jr., Ozevin D., Godinez V., Mosinyi B., Bakuckas J. G. Jr., Awerbuche J., Lau A., Tan T.-M. Acoustic emission analysis of full-scale honeycomb sandwich composite curved fuselage panels. In: 15th International Symposium on Smart Structures and Materials & Nondestructive Evaluation and Health Monitoring. Vol. 6934, Non-destructive Characterization for Composite Materials, Aerospace Engineering, Civil Infrastructure, and Homeland Security. (San Diego, CA, March, 2008). Available at: https://clck.ru/rf7fX (accessed: 01.02.2022). DOI: 10.1117/12.776146.Modal acoustic emission based location method in honeycomb core sandwich structure / Liu Y., Pang B. J., Jia B., Chang Z. Z. // 6th European Conference on Space Debris (Darmstadt, Germany, 22–25 April 2013) [Электронный ресурс]. URL: https://conference.sdo.esoc.esa.int/proceedings/sdc6/paper/18/SDC6-paper18.pdf (дата обращения: 01.02.2022).Liu Y., Pang B. J., Jia B., Chang Z. Z. Modal acoustic emission based location method in honeycomb core sandwich structure. In: 6th European Conference on Space Debris (Darmstadt, Germany, 22–25 April 2013). Available at: https://conference.sdo.esoc.esa.int/proceedings/sdc6/paper/18/SDC6-paper18.pdf (accessed: 01.02.2022).Acoustic emission diagnosis system and wireless monitoring for damage assessment of concrete structures / Yoon D.-J., Lee S., Kim C. Y, Seo D.-C. // Proceedings of NDT for Safety (November 07–09, 2007, Prague, Czech Republic). P. 301–308.Yoon D.-J., Lee S., Kim C. Y, Seo D.-C. Acoustic emission diagnosis system and wireless monitoring for damage assessment of concrete structures. In: Proceedings of NDT for Safety (November 07–09, 2007, Prague, Czech Republic), pp. 301–308.Acoustic Emission Analysis method for solving problems of damage mechanisms in concrete structures / Zejli A., Khamlichi A., Attajkani S., Ameziane K. // 24ème Congrès Français de Mécanique (Brest, 26 au 30 Août 2019) [Электронный ресурс]. URL: https://cfm2019.sciencesconf.org/245076/document (дата обращения: 01.02.2022).Zejli A., Khamlichi A., Attajkani S., Ameziane K. Acoustic Emission Analysis method for solving problems of damage mechanisms in concrete structures. In: 24ème Congrès Français de Mécanique (Brest, 26 au 30 Août 2019). Available at: https://cfm2019.sciences-conf.org/245076/document (accessed: 01.02.2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.