Влияние внутренних напряжений на волновые процессы и поглощение ультразвука при сварке

Abstract

Теоретически исследовано взаимодействие тоской упругой волны и статических напряжений и деформаций при ультразвуковой сварке оптических элементов. Установлено, что неоднородность статических напряжений приводит к возникновению слабой связи между продольными и поперечными колебаниями в упругой волне, а также к ослаблению продольной (звуковой) компоненты волны. При достаточно больших градиентах статических деформаций вблизи области прижима свариваемых деталей может образовываться область максимального (резонансного) поглощения ультразвука, размеры которой сравнимы с эффективной длиной, зависящей как корень квадратный от отношения величины силы прижима к модулю упругости, что способствует локализации поглощения энергии ультразвука.

Теоретично досліджено взаємодію плоскої пружної хвилі та статичних напружень і деформацій при ультразвуковому зварюванні оптичних елементів. Установлено, що неоднорідність статичних напружень призводить до виникнення слабкого зв’язку між поздовжніми та поперечними коливаннями в пружній хвилі, а також до ослаблення поздовжньої (звукової) компоненти хвилі. При досить великих градієнтах статичних деформацій поблизу області притиску деталей, що зварюються, може утворюватись область максимального (резонансного) поглинання ультразвуку, розміри якої можна порівняти з ефективною довжиною, яка залежить як корінь квадратний від відношення величини сили притиску до модуля пружності, що сприяє локалізації поглинання енергії ультразвуку.

Using the bilinear approximation of the total strain tensor for an elastic wave process in the presence of internal static stresses and deformations in welded optical polymeric materials, their influence on the process characteristics and ultrasound absorption has been theoretically investigated. It has been established that only inhomogeneous internal stresses and deformations lead to the appearance of a weak coupling between the components of the wave and a change in their amplitudes, as well as to the weakening of the longitudinal (acoustic) component of the elastic wave. It is shown that for sufficiently large gradients of static deformations near the pressing region of the welded parts, a region of maximum (resonance) absorption of ultrasound may be formed, whose dimensions are comparable to the effective length, which depends on the square root of the ratio of the applied pressing force to the modulus of elasticity of the material.