پراكندگي چندگانه امواج فراصوتي از استوانه هاي همسانگرد عرضي جاسازي شده در ماتريس جامد ويسكوالاستيك

Multiple Scattering of an Acoustic Wave from Fibers Encased in a Solid Viscoelastic Medium

در اين مقاله، تحليل كاملي از پراكندگي چندگانه امواج الاستيك در مواد مركب فيبري تك جهته تحت تابش قايم و مايل امواج طولي و عرضي با درنظر گرفتن اثرات ميرايي در ماده زمينه و درنظر گرفتن استوانه ها به صورت همسانگرد و همسانگرد عرضي ارايه شده است. حل اين مساله در بازرسي فراصوتي مواد مركب فيبري و به طور خاص مواد مركب با ماده زمينه پليمري كاربرد دارد. بدين منظور با بسط تيوري پراكندگي امواج فراصوتي از تك استوانه، معادلات پراكندگي چندگانه در محيط ويسكوالاستيك با درنظر گرفتن هر سه نوع موج طولي، عرضي با پلاريزاسيون افقي و عرضي با پلاريزاسيون عمودي ارايه مي شود. در روش حاضر، موج تابش با هر زاويه فضايي دلخواه قابل تحليل است و موج پراكنده شده نيز در هر نقطه دلخواه فضايي قابل محاسبه است. شايان ذكر است در روش ارايه شده در اين مقاله محدوديتي در انتخاب تعداد استوانه‌ها و يا مرتبه پراكندگي وجود ندارد و پراكندگي تا هر مرتبه دلخواه قابل محاسبه است. به منظور اعتبارسنجي نتايج تيوري، با توجه به در دسترس نبودن تحليل تيوري يا تجربي مشابه، با ساخت يك قطعه و انجام آزمايش، نتايج تيوري با نتايج آزمايش مقايسه و تطابق خوبي بين فركانس‌هاي رزونانس به دست آمده از تيوري و آزمايش مشاهده شد.

In this paper, the problem of multiple scattering of obliquely incident elastic waves from fibers encased in a solid viscoelastic medium is studied. This problem has applications in ultrasonic nondestructive testing of composite materials. The fibers could be either isotropic or transversely isotropic. Based on the existing theory of elastic wave scattering from a single fiber, a mathematical model was developed for the multiple scattering of elastic waves from a number of parallel fibers embedded in a viscoelastic matrix. This model incorporates all three types of longitudinal, horizontally polarized shear, and vertically polarized shear waves. The incident wave angle can be arbitrarily chosen and the receiver can be at any desired location in space. The model is capable of handling any order of scattering from any number of cylinders. To validate the numerical results, a number of experiments were carried out on two steel cylinders embedded in a polymeric block. Using an ultrasonic probe, the scattered field from this block was measured and analyzed. The analytical and experimental results showed good agreement, particularly at their resonance frequencies.