Det akustiske ikke-lineære er en teknikk som brukes til å karakterisere tilstanden til integritet og "helse" -strukturer eller -materialer, uten å nedbrytes verken under produksjon eller i bruk, eller i vedlikeholdsrammen.
Ikke-lineær akustikk, på grunn av sin meget høye følsomhet for overflødig eller begrenset materiell skade , ser ut til å være en nylig og svært effektiv vei for ikke-destruktiv testing og evaluering. Mange potensielle bruksområder eksisterer både for påvisning og evaluering av sprekker og deres karakterisering og for å overvåke helsetilstanden til strukturelle materialer (metaller, kompositter, betong, etc.).
Ikke-lineariteter kan være veldig høye for inhomogene materialer som bergarter og noen kompositter. Disse ikke-lineariteter øker betydelig i nærvær av skader, inkludert for mer homogene materialer som metalllegeringer. Som et resultat kan utforskning av mikrosprekker eller tidlig forringelse ved å overvåke ikke-lineære akustiske egenskaper vise seg å være et veldig effektivt middel for bestemmelse og ikke-destruktiv testing av materialer og strukturer. Hvis det på teoretisk nivå gjenstår å gjøre en detaljert beskrivelse av kompleksiteten til mekanismene som er involvert, kan den eksperimentelle implementeringen av disse metodene være veldig enkel og veldig effektiv for ikke destruktiv testing og diagnostisere tilstanden. Materialer og strukturer.
Den klassiske ikke-lineære akustiske oppførselen til materialer blir ofte beskrevet ved tilsetning av et ikke-lineært begrep β i Hookes lov som er skrevet i form: σ = Eε (1 + βε)
I det siste forholdet er σ og ε henholdsvis spenningen og belastningen . E er Youngs modul og β er ikke-linearitetsparameteren. Hvis materialet er sunt og rent homogent, er den ikke-lineære parameteren β = 0. E og β kan bestemmes ut fra akustiske målinger. Youngs modul E oppnås ved å bestemme de langsgående og tverrgående forplantningshastighetene .
Den metode for generering av harmoniske er basert på deformasjon av en høy intensitet sinusbølge som passerer gjennom et gitt materiale eller medium. Når materialet ikke har noen heterogenitet, vibrerer de forskjellige sonene som er oppstemt av ultralydomrøringen med samme hastighet. Ultralydbølgen gjennomgår ikke noen forstyrrelse og dens form forblir den samme, det vil si sinusformet. På den annen side er tilstedeværelsen av heterogenitet i det kryssede mediet kilden til en lokal økning i tetthet og modul under kompresjon og en lokal reduksjon i tetthet og modul under utvidelse. Dette har konsekvenser av å endre formen på bølgen og derfor dens spektrale innhold (FFT). Derfor er den mottatte bølgen ikke lenger sinusformet, men inneholder deretter harmoniske (se figur: Prinsipp for ikke-lineær akustikk).
Derfor er ideen å sende en sinusbølge med frekvens f inn i et skadet materiale. Dette siste signalet blir sendt og mottatt av svingere eller sensorer. Deretter påføres Fourier-transform FFT på det mottatte signalet, og det oppnådde spektrumet er i formen vist i figuren: Fourier-spektrum av det mottatte signalet. Fra de to første toppene bestemmes den ikke-lineære parameterverdien β.
.
Den resonans Metoden er basert på oppfordring og overvåkning av en eller flere resonansmodi avhengig av nivået på eksitasjon. I tilfelle av et homogent materiale tatt i sunn eller uskadet tilstand, har en økning i eksitasjonsnivået liten effekt på verdien av resonansfrekvensen. På den annen side når det dreier seg om et heterogent eller skadet materiale, er økningen av den akustiske eksitasjonen ledsaget av et tap av stivhet. Som et resultat skifter resonansfrekvensen til lavere frekvenser, og resonanskurvene blir bredere, noe som indikerer en økning i demping (se figur: Resonanskurve for økende eksitasjonsnivåer). I dette tilfellet er det et spørsmål om å animere materialet på høyt nivå kontinuerlig rundt en av sine egne vibrasjonsmåter. Denne teknikken gjør det mulig å bestemme helsen til et materiale hvis det er sunt eller skadet.