ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ

Корнеев А.С.¹, Сухова Т.А.², Суркаев А.Л.³ 

¹Студент,

Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского   государственного технического университета (ВПИ (филиал) ВолгГТУ);

²кандидат физико-математических наук, доцент, ВПИ (филиал) ВолгГТУ;

³кандидат технических наук, доцент, ВПИ (филиал) ВолгГТУ Волгоград

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ

Аннотация

В работе экспериментально исследуется возбуждение радиального механического возмущения в металлическом цилиндрическом стержне при возбуждении в нем ультразвуковых колебаний. Предлагаемая конструкция экспериментальной установки рассматривается как твердотельный ультразвуковой интерферометр. В качестве излучателей и приемников ультразвуковой волны в аксиальном направлении использовались пьезокерамические преобразователи. Для регистрации ультразвуковых колебаний и механических импульсных возмущений электрического разряда короткого замыкания использовался волноводный пьезокерамический преобразователь. Получены осциллограммы радиального механического возмущения и распределения относительно оси интерферометра для характерных частот и разряда короткого замыкания.

Ключевые слова: ультразвуковые колебания, интерферометр, пьезокерамические преобразователи, электрический разряд.

Korneev A.S.¹, Sukhova T.A.², Surkaev A.L.³

Volzhsky Polytechnical Institute (branch),

Volgograd State Technical University,

RESEARCH RADIAL COMPONENTS OF MECHANICAL INDIGNATIONS OF THE ULTRASONIC WAVE

Abstract

In work excitation of radial mechanical indignation in a metal cylindrical core is experimentally investigated at excitation in it of ultrasonic fluctuations. The offered(suggested) design of experimental installation is considered(examined) as solid-state ultrasonic interferometor. As radiators and receivers of a ultrasonic wave in an axial direction were used piezoceramical converters. For registration of ultrasonic fluctuations and mechanical pulse indignations of the electric category of short circuit it was used волноводный piezoceramical the converter. Oscillograms of radial mechanical indignation and distribution concerning an axis интерферометра for characteristic frequencies and the category of short circuit are received.

Keywords: ultrasonic fluctuations, interferometor, piezoceramical converters, the electric discharge.

Широкое применение как в различных технологических процессах в машиностроении, так и в фундаментальных научных исследованиях [1, 2]  находит электрический разряд в конденсированных средах. Феномен электрического взрыва проводников (ЭВП), а также многие сопровождающие его эффекты, в частности, существование такого явления как стратообразование,  на сегодняшний день не имеет однозначной интерпретации.

Целью данной работы является экспериментальное исследование радиальных механических возмущений в металлических проводниках в виде цилиндра при возбуждении в нем ультразвуковых колебаний аксиальной поляризации.

Исследование радиальных механических возмущений в металлических проводниках при протекании разрядного тока короткого замыкания было предпринято в работе [3], в которой описана и методика эксперимента. Наличие возмущений радиальной направленности рассматривается как одна из причин возникновения страт при электрическом взрыве проводников. В данной работе в проведенных экспериментах механические возмущения разрядного тока заменяются гармоническими колебаниями

ультразвукового диапазона. Схема экспериментальной установки (рис.1) аналогична [3]. Объектом исследования является медный цилиндрический стержень 1, на боковой поверхности которого установлен волноводный пьезокерамический преобразователь 2, который выступает в качестве регистратора механических возмущений, распространяющихся в радиальном направлении.

Рис. 1 – Схема эксперементальной установки

Конструктивно преобразователь [4] состоит из двух металлических волноводов, между которыми  размещен пьезокерамический элемент в виде таблетки. Щуп  (предволновод) 3 преобразователя 2, реактивный волновод 4 и пьезотаблетка 5 (ЦТС-19), зафиксированы между собой и имеют электрическую развязку. Математическое моделирование процессов в ступенчатом волноводном преобразователе [5] позволяет определить генерируемое напряжение пьезопреобразователем в зависимости от возбуждаемого возмущения. Рассматривая предволновод, выполненного  с профилем экспоненциальной зависимости, как систему последовательно расположенных ступенчатых волноводов, можно оценить величину радиального механического напряжения. Для регистрации аксиальных механических возмущений пьезокерамические преобразователи 6 располагались на торцах цилиндрического проводника 1. В первой серии экспериментов рассмотренная конструкция используется как ультразвуковой твердотельный интерферометр [6]. На один из пьезоэлементов, подается сигнал с генератора (УЗГ), посредством второго пьезоэлемента осуществляется его прием. Электрический сигнал, генерируемый приемным пьезоэлементом, поступает на цифровой запоминающий многоканальный осциллограф (Ос) и далее на компьютер. Одновременно волноводным пьезопреобразователем регистрируется электрический сигнал радиальных колебаний. Характерные осциллограммы (рис. 2) показывают наличие радиальных колебаний, и существование резонансных частот аксиальных и радиальных колебаний.

Рис. 2 - Характерные осциллограммы ультразвукового интерферометра при резонансных частотах: а) электрический сигнал генерируемые колебания – 1, электрический сигнал аксиальные колебания торцевого приемника  - 2; б) электрический сигнал  радиальных колебания волноводного пьезопреобразователя

Рис. 3 – Графики зависимости генерируемых пьезоэлементами напряжений U(w) от частоты для аксиальных и радиальных колебаний

Графики частотных зависимостей (рис.3) генерируемых напряжений показывают наличие резонансных частот возбуждаемых колебаний аксиальной и радиальной поляризации. Таким образом, одной из причин стратообразования следует рассматривать наличие радиальной компоненты волны при ЭВП.

Литература

1. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. - М: Энергоиздат, 1990. - 217 с.
2. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. - Киев: Наукова думка, 1986. – 205 с.
3. Суркаев А.Л. Исследование возникновения МГД-возмущений вцилиндрическом проводнике при протекании импульса разрядного тока // ПЖТФ, 2014, том 40, вып. 2. С. 23 -29
4. Суркаев А.Л, Муха Ю.П., Суркаев В.А.  // Патент № 2241212. Волноводный датчик давления.   27.11. 2004.
5. Суркаев А.Л., Кульков В.Г. Исследование импульсного механического нагружения волноводного пьезодатчика давления. // Акустический журнал. Т. 52, № 2, 2006. С. 218-222
6. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. - Москва: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.

References

1. Burcev V.A., Kalinin N.V., Luchinskij A.V. Jelektricheskij vzryv provodnikov i ego primenenie v jelektrofizicheskih ustanovkah. - M: Jenergoizdat, 1990. - 217 s.
2. Krivickij E.V. Dinamika jelektrovzryva v zhidkosti. - Kiev: Naukova dumka, 1986. – 205 s.
3. Surkaev A.L. Issledovanie vozniknovenija MGD-vozmushhenij v cilindricheskom provodnike pri protekanii impul'sa razrjadnogo toka // PZhTF, 2014, tom 40, vyp. 2. S. 23 -29
4. Surkaev A.L, Muha Ju.P., Surkaev V.A.  // Patent № 2241212. Volnovodnyj datchik davlenija.   27.11. 2004.
5. Surkaev A.L., Kul'kov V.G. Issledovanie impul'snogo mehanicheskogo nagruzhenija volnovodnogo p'ezodatchika davlenija. // Akusticheskij zhurnal. T. 52, № 2, 2006. S. 218-222
6. Ul'trazvuk. Malen'kaja jenciklopedija. - Moskva: Sovetskaja jenciklopedija, 1979. - 400 s.