СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ В КРУПНОГАБАРИТНЫХ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ Российский патент 2010 года по МПК G01N29/00 

Описание патента на изобретение RU2397487C1

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний акустическими методами и может быть использовано в строительстве для определения скорости распространения акустической волны в изделиях из бетона, преимущественно крупногабаритных и с большим затуханием звука.

Известен эхо-способ определения скорости распространения акустической волны, заключающийся в том, что на поверхности контролируемого изделия располагают излучающий и приемный электроакустические преобразователи, излучающим электроакустическим преобразователем ударно возбуждают зондирующий акустический сигнал, приемным электроакустическим преобразователем регистрируют эхо-сигнал, измеряют время Т задержки эхо-сигнала относительно зондирующего сигнала, а скорость C распространения акустической волны рассчитывают в соответствии со следующим выражением C=2H/T, где H - толщина контролируемого изделия [см. Джонс Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. М.,: Стройиздат, 1974 г., 292 с.].

Недостатком известного способа является низкая точность определения скорости распространения акустической волны в крупногабаритных изделиях из бетона, обусловленная сильным, частотно-зависимым затуханием акустических колебаний, и, как следствие, искажением формы эхо-сигнала, зависящим от толщины H контролируемого изделия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения скорости распространения акустической волны в протяженных изделиях геометрически простой формы типа "плита", известный как импакт-эхо метод, и основанный на возбуждении в контролируемом изделии собственных свободно-затухающих колебаний, описанный в Carino N.J. "The impact-echo method: an overview", Proceedings of the 2001 Structures Congress & Exposition, May 21-23, 2001, Washington, D.C., American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, Peter C. Chang, Editor, 2001. 18 p. Способ заключается в том, что на поверхности контролируемого изделия располагают приемный электроакустический преобразователь, в контролируемом изделии коротким механическим ударом по его поверхности возбуждают собственные акустические свободно-затухающие колебания, регистрируют приемным электроакустическим преобразователем возбужденные акустические колебания, определяют спектральную характеристику контролируемого изделия, фиксируют значение резонансной частоты f, соответствующей максимуму амплитуды спектральной характеристики, а значение скорости распространения акустической волны вычисляют по следующей формуле:

где H - толщина объекта контроля;

k=0,96 - коэффициент коррекции скорости продольной волны.

Значение коэффициента коррекции скорости продольной волны справедливо для плит, у которых одновременно значение длины и ширины превышает значение толщины не менее чем в 5 раз.

Недостатком известного способа является низкая точность определения скорости акустических колебаний в бетонных изделиях сложной формы. Это связанно с тем, что однозначное определение значения частоты f по максимуму спектральной характеристики объекта контроля возможно только для изделий геометрически простой формы типа "плита", у которой значение длины и ширины превышает значение толщины не менее чем в 5 раз. При исследовании более компактных изделий, во-первых, на регистрируемой амплитудно-частотной спектральной характеристике появляются паразитные резонансные пики значительной амплитуды, соответствующие другим резонансным модам и затрудняющие идентификацию информативного резонансного пика, во-вторых, значение частоты, соответствующей максимуму информативного пика, вследствие геометрической дисперсии скорости распространения акустической волны в изделии изменяется при изменении соотношения длины (ширины) изделия и толщины.

Технической задачей изобретения является повышении точности определения скорости акустической волны в компактных изделиях из бетона с произвольным соотношением длины (ширины) изделия и толщины.

Техническая задача достигается тем, что в известном способе определения скорости распространения акустической волны в протяженных изделиях, при котором на поверхности контролируемого изделия располагают приемный электроакустический преобразователь, в контролируемом изделии коротким механическим ударом по его поверхности возбуждают собственные акустические свободно-затухающие колебания, регистрируют приемным электроакустическим преобразователем возбужденные акустические колебания, определяют экспериментальную спектральную характеристику контролируемого изделия, методом численного моделирования для значений скорости акустической волны в диапазоне от минимально до максимально возможного рассчитывают N спектральных характеристик модели контролируемого изделия, для каждой рассчитанной спектральной характеристики и экспериментальной спектральной характеристики контролируемого изделия определяют N коэффициентов их взаимной корреляции, где N - целое число и N≥2, по максимуму значения которого определяют истинное значение скорости акустической волны.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Устанавливают на поверхности контролируемого объекта приемный электроакустический преобразователь. С помощью ударного приспособления возбуждают в объекте собственные акустические затухающие колебания. Приемным преобразователем регистрируют эти колебания, электрическая копия которых после аналого-цифрового преобразования подается на блок быстрого преобразования Фурье, сигнал на выходе которого представляет собой экспериментальную спектральную характеристику контролируемого изделия. Спектральная характеристика модели контролируемого изделия рассчитывается методом конечных элементов. Для этого геометрическую модель, соответствующую контролируемому изделию, разбивают на максимально возможное количество элементов, состоящих из некоторого количества узлов. С учетом граничных условий для каждого из узлов решают основное уравнение движения, имеющее вид

где:

[M] - матрица массы;

[C] - матрица затухания;

[K] - матрица упругости;

{u} - узловой вектор перемещения;

- узловой вектор скорости;

- узловой вектор ускорения;

{Fa} - вектор приложенной силы.

При расчете используют значение скорости распространения акустической волны Cmin, минимально возможное в данном материале. Результаты расчета представляются в виде матрицы, один из столбцов которой содержит набор частот спектра, а другой - значения амплитуд спектра на этих частотах. Выполняется N итераций, N - целое число и N≥2, в ходе каждой из которых столбец частот исходной расчетной спектральной характеристики умножается на коэффициент m

где Cmax - максимально возможное значение скорости в данном материале, а n=0, 1, 2 … N-1 - номер текущей итерации. Для каждой итерации вычисляется коэффициент взаимной корреляции расчетной и экспериментальной характеристик и номер соответствующей итерации запоминается. По завершению цикла выполняется поиск значения n, соответствующего максимуму значения коэффициента взаимной корреляции, а истинная скорость акустической волны определяют по формуле

Пример. Определенное способом, выбранным в качестве прототипа, значение скорости распространения акустических колебаний в строительной конструкции типа "бетонная стеновая панель" (габаритные размеры 800×500×300 мм) составило величину 4746 м/с. Истинное значение скорости распространения акустических колебаний, определенное с помощью предлагаемого способа, составило величину 3722 м/с, что соответствует значению скорости распространения акустических колебаний, определенному эхо-способом (3781 м/с).

Использование изобретения позволяет повысить точность определения скорости распространения акустических колебаний в крупногабаритных сложноструктурных изделиях произвольной по формы, выполненных из различных материалов, в том числе с большим затуханием.

Похожие патенты RU2397487C1

название год авторы номер документа
Резонансный способ ультразвуковой толщинометрии 2021
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Качанов Владимир Климентьевич
  • Самокрутов Андрей Анатольевич
  • Лунин Валерий Павлович
  • Федоренко Сергей Анатольевич
  • Караваев Михаил Алексеевич
RU2779755C1
Резонансный способ ультразвуковой толщинометрии 2017
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Качанов Владимир Климентьевич
  • Лебедев Сергей Владимирович
  • Федоренко Сергей Анатольевич
RU2664785C1
Резонансный способ ультразвуковой толщинометрии 2016
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Караваев Михаил Алексеевич
  • Федоров Максим Борисович
  • Лебедев Сергей Владимирович
RU2648292C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ СТЕНКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ЦЕЛОСТНОСТИ ВНЕШНЕЙ ИЗОЛЯЦИИ 1996
  • Виноградов В.Н.
  • Киселев В.К.
  • Тремасов Н.З.
RU2121105C1
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА 2010
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Качанов Владимир Климентьевич
  • Карташев Владимир Герасимович
  • Шалимова Елена Владимировна
  • Синицын Алексей Алексеевич
RU2442154C1
РЕЗОНАНСНЫЙ СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ 2007
  • Авраменко Сергей Леонидович
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Качанов Владимир Климентьевич
RU2354932C2
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ 2010
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Качанов Владимир Климентьевич
  • Тимофеев Дмитрий Валерьевич
  • Конов Михаил Михайлович
  • Синицын Алексей Алексеевич
  • Родин Алексей Борисович
RU2422769C1
СПЛИТ-СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ 1997
  • Соколов И.В.
  • Соколов Е.И.
RU2126538C1
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХО-ИМПУЛЬСНОЙ ТОЛЩИНОМЕТРИИ 2014
  • Соколов Игорь Вячеславович
  • Качанов Владимир Климентьевич
  • Концов Роман Валерьевич
  • Караваев Михаил Алексеевич
  • Синицын Алексей Алексеевич
RU2570097C1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2002
  • Молотков С.Л.
  • Лысов В.А.
  • Казаченко А.Т.
RU2248566C2

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ В КРУПНОГАБАРИТНЫХ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Использование: для определения скорости распространения акустической волны в крупногабаритных бетонных изделиях сложной формы. Сущность: заключается в том, что на поверхности контролируемого изделия располагают приемный электроакустический преобразователь, в контролируемом изделии коротким механическим ударом по его поверхности возбуждают собственные акустические свободно-затухающие колебания, регистрируют приемным электроакустическим преобразователем возбужденные акустические колебания, определяют экспериментальную спектральную характеристику контролируемого изделия, после чего методом численного моделирования для значений скорости акустической волны в диапазоне от минимально до максимально возможного рассчитывают N спектральных характеристик модели контролируемого изделия, для каждой рассчитанной спектральной характеристики и экспериментальной спектральной характеристики контролируемого изделия определяют N коэффициентов их взаимной корреляции, где N - целое число и N≥2, по максимуму значения которого определяют истинное значение скорости акустической волны. Технический результат: повышение точности определения скорости распространения акустической волны в крупногабаритных бетонных изделиях сложной формы.

Формула изобретения RU 2 397 487 C1

Способ определения скорости распространения акустической волны в крупногабаритных бетонных изделиях сложной формы, при котором на поверхности контролируемого изделия располагают приемный электроакустический преобразователь, в контролируемом изделии коротким механическим ударом по его поверхности возбуждают собственные акустические свободно-затухающие колебания, регистрируют приемным электроакустическим преобразователем возбужденные акустические колебания, определяют экспериментальную спектральную характеристику контролируемого изделия, отличающийся тем, что методом численного моделирования для значений скорости акустической волны в диапазоне от минимально до максимально возможного рассчитывают N спектральных характеристик модели контролируемого изделия, для каждой рассчитанной спектральной характеристики и экспериментальной спектральной характеристики контролируемого изделия определяют N коэффициентов их взаимной корреляции, где N - целое число и N≥2, по максимуму значения которого определяют истинное значение скорости акустической волны.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2397487C1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ СВАЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2003
  • Архипов А.Г.
  • Давыдов П.А.
  • Ивашев В.К.
  • Чернышев И.Д.
RU2257563C2
Устройство для измерения скорости распространения акустических волн в материалах 1985
  • Драгинич Василий Васильевич
  • Драгинич Галина Оскаровна
  • Носаль Михаил Васильевич
SU1262356A1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 1997
  • Козлов О.В.
  • Савич А.И.
RU2114426C1
СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФАРФОРОВЫХ ОПОРНО-СТЕРЖНЕВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Калинчук Ю.А.
  • Второва Л.В.
  • Буткевич Л.М.
  • Антипин А.А.
RU2262690C1
Устройство для измерения скорости распространения волн удара в материалах 1990
  • Любинский Владимир Юрьевич
  • Вайнблат Давид Михайлович
  • Халпахчи Сергей Владимирович
  • Целыковский Геннадий Алексеевич
SU1762129A1
US 5404755 A, 11.04.1995
JP 2001004604 A, 12.01.2001
JP 2001208733 A, 03.08.2001.

RU 2 397 487 C1

Авторы

Качанов Владимир Климентьевич

Соколов Игорь Вячеславович

Авраменко Сергей Леонидович

Даты

2010-08-20Публикация

2009-04-10Подача