Experimental Contact Acoustic Nonlinearity of Interfaces During Loading-Unloading Cycle: Combined Effects of Elastoplastic Nonlinear Spring, Crack-Clapping, and Adhesion

Der Artikel befasst sich mit der experimentellen Untersuchung der kontaktakustischen Nichtlinearität an Grenzflächen während Lade- und Entladezyklen. Es untersucht die kombinierten Auswirkungen von elastoplastischen nichtlinearen Federn, Rissklatschen und Haftung auf die Ultraschallinteraktion mit Grenzflächen. Die Studie ist motiviert durch die Notwendigkeit, die Inspektionspraktiken für Umweltrisse und unvollkommene Verbindungen in Materialien zu verbessern, insbesondere in kritischen Anwendungen wie Kernkraftwerken. Die Forschung baut auf früheren Studien auf, die anomal hohe höherharmonische Signale von Grenzflächen und Rissen beobachteten. Es präsentiert eine detaillierte Analyse der nichtlinearen Ultraschalleffekte von Grenzflächen, die theoretische Modelle und experimentelle Messungen einbezieht. Die Autoren führten sorgfältige Ultraschall-Experimente an Proben des Typs Al 6061-T6 mit unterschiedlichen Rauheitsgraden durch, bei denen die Nichtlinearitätsparameter während der Lade- und Entladezyklen gemessen wurden. Die Ergebnisse werden mit theoretischen Vorhersagen verglichen, die den Einfluss von elastoplastischer Hysterese, Oberflächenrauheit und Haftkräften auf die akustische Nichtlinearität aufzeigen. Die Studie zeigt einen kritischen Druck, bei dem der vorherrschende Erregungsmechanismus schaltet, und zeigt, dass die Nichtlinearität mit der Rauheit der Oberfläche zunimmt. Im Niederdruckbereich ist die Nichtlinearität aufgrund der Klatschbewegung leicht kontaktierender Risse und der Rolle von Haftkräften deutlich höher. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Adhäsion eine entscheidende Rolle beim nichtlinearen Verhalten von Grenzflächen spielt, insbesondere bei niedrigen Drücken. Der Artikel schließt mit der Notwendigkeit weiterer experimenteller und theoretischer Untersuchungen, um diese ersten Beobachtungen zu bestätigen.