phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2949-5067-2023-4-6-18phmath-609Research ArticleФИЗИКАPHYSICSАкустическая эмиссия в закрытой сотовой системе, содержащей влагуAcoustic emission in a closed honeycomb system containing moistureАсеевЕ. М.AseevE. M.

Асеев Евгений Михайлович – аспирант кафедры фундаментальной физики и нанотехнологии

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

Evgeniy M. Aseev – Postgraduate Student, Department of Fundamental Physics and Nanotechnology

ulitsa 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

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

ulitsa Very Voloshinoi 24, Mytishchi 141014, Moscow Region

ekevkalashnikov1@gmail.comГосударственный университет просвещенияРоссияFederal State University of EducationRussian Federation20230901202404618Copyright © Асеев Е.М., Калашников Е.В., 20242024Асеев 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/609Цель

Цель: экспериментальное изучение фазового перехода «кристалл-жидкость» в интервале температур от – 10°С до +25°С в замкнутой системе со структурой типа «пчелиных сот», имеющей скопление воды.

Процедура и методы исследования. Используются методы акустической эмиссии, индуцированной изменением внешнего температурного поля. Под действием изменяющегося температурного поля внутри сотовой структуры происходит плавление кристаллов льда, вследствие чего излучаются дискретные ультразвуковые импульсы, которые фиксируются акустико-эмиссионной установкой для последующего анализа. Нагрев осуществляется двумя способами: (1) путём релаксации температуры охлаждённых образцов к значениям комнатной температуры; (2) охлаждённые образцы получают дополнительный, принудительный постоянный нагрев, тем самым увеличивается скорость роста температуры. 

Результаты

Результаты. Получены зависимости амплитуд и активности (количества импульсов акустической эмиссии в единицу времени) акустических сигналов от времени, а также частотное распределение зафиксированных ультразвуковых импульсов. Показано, что в результате принудительного нагрева наиболее чётко проявляются сигналы, свидетельствующие о фазовом переходе «лёд-вода» в сотах.

Практическая значимость

Практическая значимость. Проведённые эксперименты показывают, что метод акустической эмиссии при незначительных вариациях температурного поля позволяет обнаруживать дефект в виде наличия влаги в замкнутой сотовой структуре.

Aim

Aim: experimental study of the “crystal-liquid” phase transition in the temperature range from – 10°С до +25°С in a closed system with a “honeycomb” type structure with accumulation of water.

Methodology

Methodology. Methods of acoustic emission induced by changes in the external temperature field are used. Under the influence of a changing temperature field, melting of ice crystals occurs inside the honeycomb structure, as a result of which discrete ultrasonic pulses are emitted, which are recorded by an acoustic emission installation for subsequent analysis. Heating is carried out in two ways: (1) by relaxing the temperature of cooled samples to room temperature values; (2) cooled samples receive additional, forced constant heating, thereby increasing the rate of temperature rise.

Results

Results. The dependences of the amplitudes and activity (the number of acoustic emission pulses per unit time) of acoustic signals on time, as well as the frequency distribution of recorded ultrasonic pulses, were obtained. It is shown that as a result of forced heating, signals indicating an “ice-water” phase transition in the honeycombs most clearly appear.

Research implications

Research implications. The conducted experiments show that the method of acoustic emission at insignificant variations of the temperature field allows to detect a defect in the form of moisture in a closed honeycomb structure.

структура пчелиных сотфазовый переход первого родадефекты в структурахакустическая эмиссияhoneycomb structurephase transition of the first kinddefects in structuresacoustic emissionReferencesАсеев Е. М., Калашников E. В. Влияние дефектности сотовой структуры в системе «сотовая матрица – композит» на акустическую эмиссию в изменяющемся температурном поле // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2022. № 2. С. 17–27. DOI:10.18384/23107251-2022-2-17-27.Aseev E. M., Kalashnikov E. V. [The effect of defects on the structure in the form of honeycombs in the “honeycomb – composite matrix” system on acoustic emission in a changing temperature field]. In: Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Seriya: Fizika-matematika [Bulletin of the Moscow Region State University. Series: Physics and Mathematics], 2022, no. 2, pp. 17–27. DOI: 10.18384/2310-7251-20222-17-27.Бехер 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 akusticheskoy emissii [Fundamentals of non-destructive testing using the acoustic emission method]. Novosibirsk, Siberian Transport University Publ., 2013. 145 p.Буйло С. И. Физико-механические, статистические и химические аспекты акустикоэмиссионной диагностики. Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2017. 184 с.Buylo S. I. Fiziko-mekhanicheskiye, statisticheskiye i khimicheskiye aspekty akustikoemissionnoy diagnostiki [Physico-mechanical, statistical and chemical aspects of acoustic emission diagnostics]. Taganrog, Southern Federal University Publ., 2017. 184 p.Кузнецов Д. М., Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Акустическая эмиссия при фазовых превращениях в водной среде // Российский химический журнал. 2008. Т. 52. № 1. С. 114–121.Kuznetsov D. M., Smirnov A. N., Syroyeshkin A. V. [Acoustic emission during phase transformations in an aqueous environment]. In: Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal [Russian Journal of General Chemistry], 2008, vol. 52, no. 1, pp. 114–121.Acoustic Emission / Aggelis D. G., Sause M. G. R., Packo P., Pullin R., Grigg S., Kek T., Lai Y.-K. // Structural Health Monitoring Damage Detection Systems for Aerospace / eds. M. G. R. Sause, E. Jasiūnienė. Cham, Switzerland: Springer Aerospace Technology, 2022. P. 175–218. DOI: 10.1007/978-3-030-72192-3_7.Aggelis D. G., Sause M. G. R., Packo P., Pullin R., Grigg S., Kek T., Lai Y.-K. Acoustic Emission. In: Sause M. G. R., Jasiūnienė E., eds. Structural Health Monitoring Damage Detection Systems for Aerospace. Cham, Switzerland, Springer Aerospace Technology, 2022, pp. 175–218. DOI: 10.1007/978-3-030-72192-3_7.Dislocation unpinning model of acoustic emission from alkali halide crystals / Chandra B. P., Gour A. S., Chandra V. K., Patil Y. // Pramana. Journal of Physics. 2004. Vol. 62. Iss. 6. P. 1281–1292. DOI: 10.1007/BF02704440.Chandra B. P., Gour A. S., Chandra V. K., Patil Y. Dislocation unpinning model of acoustic emission from alkali halide crystals. In: Pramana. Journal of Physics, 2004, vol. 62, iss. 6, pp. 1281–1292. DOI: 10.1007/BF02704440.Defect Types / Faisal N., Cora Ö. N., Bekci M. L., Śliwa R. E., Sternberg Y., Pant S., Degenhardt R., Prathuru A. // Structural Health Monitoring Damage Detection Systems for Aerospace / eds. M. G. R. Sause, E. Jasiūnienė. Cham, Switzerland: Springer Aerospace Technology, 2022. P. 15–42. DOI: 10.1007/978-3-030-72192-3_3.Faisal N., Cora Ö. N., Bekci M. L., Śliwa R. E., Sternberg Y., Pant S., Degenhardt R., Prathuru A. Defect Types. In: Sause M. G. R., Jasiūnienė E., eds. Structural Health Monitoring Damage Detection Systems for Aerospace. Cham, Switzerland, Springer Aerospace Technology, 2022, pp. 15–42. DOI: 10.1007/978-3-030-72192-3_3.Kuba M. M., Van Aken D. C. Analysis of acoustic emission during the melting of embedded Indium particles in an aluminum matrix: a study of plastic strain accommodation during phase transformation (presented at Symposium: Atomistic Effects in Migrating Interphase Interfaces: Recent Progress and Future Study. 2012) // Metallurgical and Materials Transactions A. 2013. Vol. 44. Iss. 8. P. 3444–3455. DOI: 10.1007/s11661-012-1468-y.Kuba M. M., Van Aken D. C. Analysis of acoustic emission during the melting of embedded Indium particles in an aluminum matrix: a study of plastic strain accommodation during phase transformation (presented at Symposium: Atomistic Effects in Migrating Interphase Interfaces: Recent Progress and Future Study. 2012). In: Metallurgical and Materials Transactions A, 2013, vol. 44, iss. 8, pp. 3444–3455. DOI: 10.1007/s11661-012-1468-y.Laschimkea R., Burgera M., Vallen H. Acoustic emission analysis and experiments with physical model systems reveal a peculiar nature of the xylem tension // Journal of Plant Physiology. 2006. Vol. 163. Iss. 10. P. 996–1007. DOI: 10.1016/j.jplph.2006.05.004.Laschimkea R., Burgera M., Vallen H. Acoustic emission analysis and experiments with physical model systems reveal a peculiar nature of the xylem tension. In: Journal of Plant Physiology, 2006, vol. 163, iss. 10, pp. 996–1007. DOI: 10.1016/j.jplph.2006.05.004.Ultrasonic Methods / Samaitis V., Jasiūniené E., Packo P., Smagulova D. // Structural Health Monitoring Damage Detection Systems for Aerospace / eds. M. G. R. Sause, E. Jasiūnienė. Cham, Switzerland: Springer Aerospace Technology, 2022. P. 87–132. DOI: 10.1007/978-3-030-72192-3_5.Samaitis V., Jasiūniené E., Packo P., Smagulova D. Ultrasonic Methods. In: Sause M. G. R., Jasiūnienė E., eds. Structural Health Monitoring Damage Detection Systems for Aerospace. Cham, Switzerland, Springer Aerospace Technology, 2022, pp. 87–132. DOI: 10.1007/9783-030-72192-3_5.

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