Сотрудники лаборатории физики нелинейных сред Института физики прочности и материаловедения СО РАН провели численные исследования особенностей распространения упругих продольных волн в пластинах и волн Похгаммера в стержнях.

С помощью численного моделирования показано, что при распространении упругой продольной волны влияние границ приводит к изменению амплитуды давления в продольной волне и возникновению дополнительных волн. Все образцы, в которых измеряют упругие характеристики, например, с помощью ультразвука, можно разделить на три группы.

В пластинах распространяется единственная продольная волна с неизменной амплитудой.

В стержнях продольная волна имеет малую амплитуду, поэтому регистрируют волну Похгаммера, которая имеет большую амплитуду и меньшую, но постоянную скорость.

В компактных образцах также первой распространяется продольная волна с малой амплитудой, следом формируются ещё две–три упругие волны с различными амплитудами и скоростями в зависимости от геометрии образца. В работе показано, что малое значение амплитуды продольной волны в компактных и стержневых образцах является причиной невозможности измерения скорости продольной волны. При измерении скорости упругой волны по максимальной амплитуде зависимость ее величины от геометрии образца (отношения высоты L к диаметру D) в алюминии имеет вид, как показано на рисунке. Скорость волны с максимальной амплитудой постоянна только в пластинах (L/D меньше 0,67) и в стержнях (L/D больше 3).

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0011.

Результаты исследования опубликованы в Physical Mesomechanics.

Источник: ИФПМ СО РАН.