RAS PhysicsДефектоскопия Russian Journal of Nondestructive Testing

  • ISSN (Print) 0130-3082
  • ISSN (Online) 3034-4980

THREE-DIMENSIONAL POSITIONING OF INTERNAL VOLUMETRIC DEFECTS IN SOLID MATERIALS BASED ON ACOUSTIC-ELECTRIC TRANSFORMATIONS

PII
S30344980S0130308225090073-1
DOI
10.7868/S3034498025090073
Publication type
Article
Status
Published
Authors
Volume/ Edition
Volume / Issue number 9
Pages
55-68
Abstract
The article considers numerical modeling of the method of defect localization in a three-dimensional (3D) structure based on acoustic-electrical transformations. It is shown that this method allows calculating the location of defects based on the parameters of the electromagnetic response to a deterministic pulsed acoustic excitation at selected points on the surface of the tested solid sample. To test the developed modeling method, two finite element models were developed: single-layer and two-layer three-dimensional structures. The results of calculations using these models confirm the efficiency of the acoustic-electrical conversion method in localizing defects in three-dimensional heterogeneous solid structures.
Keywords
локализация дефектов трехмерная (3D) структура акустико-электрическое преобразование конечно-элементная модель
Date of publication
01.09.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
114

References

  1. 1. Воробьев А.А., Завадовская Е.К., Сальников В.Н. Изменение электропроводности и радиоизлучение горных пород и минералов при физико-химических процессах в них // ДАН СССР. 1975. Т. 220. № 1. С. 82—85.
  2. 2. Вдовин А.Г., Иванченко В.С. Каротаж естественного электромагнитного излучения на железорудных месторождениях на примере Гусевогорского и Северо-Тараташского месторождений // Известия вузов. Горный журнал. 2018. № 8. С. 66—74. DOI: 10.21440/0536-1028-2018-8-66-74
  3. 3. Ogawa T., Oike K., Miura T. Electromagnetic radiations from rocks // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. P. 6245—6249. DOI: 10.1029/JD090ID04P06245
  4. 4. Sharma S.K., Chauhan V.S., Sinapius M.A. review on deformation-induced electromagnetic radiation detection: history and current status of the technique // Journal of Materials Science. 2021. V. 56. P. 4500—4551. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05538-x.
  5. 5. Yamada I., Masuda K., Mizutani H. Electromagnetic and acoustic emission associated with rock fracture // Phys. Earth Planet. Int. 1989. V. 57. No. 1—2. P. 157—168. DOI: 10.1016/0031-9201(89)90225-2
  6. 6. Беспалько А.А., Суржиков А.П., Хорсов Н.Н., Яворович Л.В., Климко В.К., Штирц В.А., Шипеев О.В. Наблюдения изменений напряженного состояния массива горных пород после массового взрыва по параметрам электромагнитной эмиссии // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. Спецвыпуск Ч. 2. С. 253—256. Corpus ID: 128257709.
  7. 7. Frid V., Rabinovitch А., Bahat D. Fracture induced electromagnetic radiation // Journal of Physics D: Applied Physics. 2003. V. 36. No. 13. P. 1620—1628. DOI: 10.1088/0022-3727/36/13/330
  8. 8. Koktavy P. Experimental study of electromagnetic emission signals generated by crack generation in composite materials // Meas. Sci. Technol. 2009. V. 20. Р. 1—8. DOI: 10.1088/0957-0233/20/1/015704
  9. 9. Фурса Т.В., Данн Д.Д., Осипов К.Ю. Разработка механоэлектрического метода определения места локализации дефекта в изделии из бетона // Контроль. Диагностика. 2012. №. 11 (173). С. 66—69. URL: https://rucont.ru/efd/464756.
  10. 10. Перельман М.Е., Хатиашвили Н.Г. Генерация электромагнитного излучения двойными электрическими слоями и ее проявление при землетрясениях // ДАН СССР. 1983. Т. 27l. № 1. С. 80—83.
  11. 11. Bespalko A.A., Isaev Y.N., Yavorovich L.V. Transformation of acoustic pulses into electromagnetic response in stratified and damaged structures // Journal of Mining Science. 2016. V. 52. No. 2. Р. 279—285. https://doi.org/10.1134/S1062739116020418.
  12. 12. Nitsan U. Electromagnetic emission accompanying fracture of quartz-bearing rocks // Geophysical Research letters. 1977. V. 4. No. 8. P. 333—336. DOI: 10.1029/GL004I008P00333
  13. 13. Bespalko A.A., Yavorovich L.V., Fedotov P.I. Mechanoelectrical transformations in quartz and quartz-bearing rocks under acoustic action // Journal of Mining Science. 2007. V. 43. P. 472—476. https://doi.org/10.1007/s10913-007-0049-8.
  14. 14. Перельман М.Е., Хатиашвили Н.Г. Генерация электромагнитного излучения двойными электрическими слоями и ее проявление при землетрясениях // ДАН СССР. 1983. Т. 27l. № 1. С. 80—83.
  15. 15. Беспалько А.А., Люкшин Б.А., Уцын Г.Е., Яворович Л.В. Электромагнитный отклик слоистых диэлектрических структур на импульсное акустическое воздействие // Известия ВУЗов. Физика. 2015. Т. 58. № 4. С. 120—126. DOI: 10.1007/s11182-015-0535-4
  16. 16. Fursa T.V., Dunn D.D. Development of a method for flaw detection of heterogeneous dielectric materials based on the use of the phenomenon of mechanoelectric transformations // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2010. No. 1. P. 8—13. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=15017377.
  17. 17. Khorsov P.N., Surzhikov V.P., Demikhova A.A. Development the Adjusted Mathematical Model of Responses in the Nondestructive Testing Defectiveness Method Based on the Mechanoelectrical Transformations // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. V. 168. P. 012106. DOI:10.1088/1757-899X/168/1/012106
  18. 18. Fursa T.V., Utsyn G.E., Petrov M., Dann D.D., Sokolovskiy A.N. Detecting degradation in reinforced concrete subjected to uniaxial compression, using the parameters of electric response to mechanical impact // Research in Nondestructive Evaluation. 2019. V. 30. Is. 6. No. 2. P. 317—333. DOI: 10.1080/09349847.2018.1522404
  19. 19. Bespal’ko A., Surzhikov A., Fedotov P., Slepchenko G., Pomishin E., Dmitrieva S. Application of the acoustic-electric method to estimate the mineralisation of natural water in contact with rocks // Journal of Applied Geophysics. 2020. V. 181. P. 104140. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2020.104140.
  20. 20. Bespalko A.V., Dunn D.D., Fedotov P.I., Dmitrieva S.A., Luo J. Numerical and experimental modeling of the acoustic-electrical method of non-destructive testing of solid dielectrics // Journal of Instrument Engineering. 2023. V. 66. No. 4. P. 320—334.
  21. 21. Luo J., Bespal’ko A.A., Lu D., Li B. Method for the P-wave arrival pickup of rock fracture acoustic emission signals under strong noise // Measurement Science and Technology. 2024. V. 35. No. 8. P. 086102. DOI: 10.1088/1361-6501/ad3d02
  22. 22. Seeger K. Semiconductor Physics. Wien: Springer-Werlag, 1973. XV. 514 р.
  23. 23. Huo X., Li Sh., Sun B., Wang Zh. W., Wei D. Recent Progress of Chemical Reactions Induced by Contact Electrification // Molecules. 2025. V. 30. No. 3. P. 584. DOI: 10.3390/molecules30030584
  24. 24. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 р.
  25. 25. Shinbrot Troy, Komatsu Teruaki, Zhao Quichuan. Spontaneous tribocharging of similar materials // EPL (Europhysics Letters). 2008. V. 83. No. 2. P. 24004. DOI: 10.1209/0295-5075/83/24004. Corpus ID: 40379103.
  26. 26. Машков Ю.К., Кропотин О.В. Трибофизика и структурная модификация материалов трибосистем. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. 324 с.
  27. 27. Sobarso Juan Carlos, Pertl Felix, Balazs Daniel M., Costanzo Tommaso, Sauer Markus, Foelske Annette, Ostermann Markus, Pichler Christian M., Wang Yongkang, Nagata Yuki, Bonn Mischa, Vaitukaitis Scott. Spontaneous ordering of identical materials into a triboelectric series // Nature. 2025. V. 638 (8051). P. 664—669. DOI: 10.1038/s41586-024-08530-6. www.nature.com/articles/s41586-024-08530-6.
  28. 28. Yin Shenxin, Xiao Huapan, Cui Zhiwen, Kundu Tribikram. Rapid localization of acoustic source using sensor clusters in 3D homogeneous and heterogeneous structures // Structural Health Monitoring. 2020. No. 3. P. 1145—1155. https://doi.org/10.1177/1475921720945195.
  29. 29. Purcell E.M., Morin D.J. Electricity and magnetism / 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2013. P. 839.  ISBN 978-1-107-01402-2.
  30. 30. Yin S., Xiao H., Cui Z., & Kundu T. Rapid localization of acoustic source using sensor clusters in 3D homogeneous and heterogeneous structures // Structural Health Monitoring. 2021. V. 20. No. 3. P. 1145—1155. doi.org/10.1177/147592172094519513.
QR
Translate

Indexing

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library