Моделирование процесса электромагнитно-акустического преобразования при возбуждении крутильных волн

Abstract

Разработана в виде дифференциального уравнения физико-математическая модель процесса преобразования электромагнитной энергии в акустическую в полом ферромагнитном стержне, намагниченном по окружности постоянным поляризующим магнитным полем. С помощью интегрального преобразования Фурье получено общее решение неоднородного дифференциального уравнения для режима бегущих крутильных волн. Оценен вклад жесткости намагниченного стержня в интенсивность возбуждаемого акустического поля. На модельном примере исследованы и объяснены частотные особенности электромагнитно-акустического преобразования. Установлена связь между геометрическими параметрами модели преобразователя и свойствами материала изделия с амплитудой возбуждаемых крутильных волн на заданной частоте. Результаты исследований могут применяться в энергетической, атомной, химической и других областях промышленности при ультразвуковом контроле трубчатых изделий.

У вигляді диференціального рівняння розроблено фізико-математичну модель процесу перетворення електромагнітної енергії в акустичну в порожнистому феромагнітному стрижні, який намагнічений по периметру перетину постійним поляризуючим магнітним полем. За допомогою інтегрального перетворення Фур'є отримано загальне рішення неоднорідного диференціального рівняння для режиму біжучих крутильних хвиль. Оцінений внесок жорсткості намагніченого стрижня в інтенсивність збудженого акустичного поля. На модельному прикладі досліджені і пояснені частотні особливості електромагнітно-акустичного перетворення. Встановлено зв'язок між геометричними параметрами моделі перетворювача і властивостей матеріалу виробу з амплітудою збуджених крутильних хвиль на заданій частоті. Результати досліджень можуть застосовуватися в енергетичній, атомній, хімічній та інших галузях промисловості при ультразвуковому контролі трубчатих виробів.

Physical and mathematical model of the process of transformation of electromagnetic energy into acoustic energy in the hollow ferromagnetic rod circumferentially magnetized by permanent polarizing magnetic field designed in the form of differential equations. With the help of the Fourier integral the general solution of the inhomogeneous differential equation for torsional mode of traveling waves was solved. The contribution of the stiffness of the rod magnetized in the intensity of the excited acoustic field was estimated. In the model example frequency characteristics of electromagnetic - acoustic conversion were investigated and explained. The relationship between the geometric parameters of the converter model and product properties of the material with the amplitude of the excited torsional waves at a given frequency was discovered. The research results can be used in the energy, nuclear, chemical and other industrial areas appropriate for ultrasonic inspection of tubular products.