Акустический способ определения напряжений в твердых средах Советский патент 1983 года по МПК G01B17/04 

Изобретение относится к нераэрушающим методам контроля и может найти применение в качестве неразрущающего способа измерения напряжений, в том числе остаточных, в Iсварочном производстве, в машиностроении и других отраслях промышленности,Известен акустический способ определения напряжения в твердых средах, заключающийся в том, что посредством приемно-передающе го акустического преобразователя вводят в исследуе1 ый объект продольные и поляризованные по двум направлениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы., определяют соответствующие скорости, распространения акустических колебаний, по oпpeдeheнным в напряженном объекте значениям скоростей сдвиговь1х и продольных колебаний определяют, .начальное значение скорости сдвиговых колебаний и. относительные приращения- скоростей от их начального значения, по которым судят о характеристиках напряжений 1. Известный способ не позволяет определить направления действия главных на.пряжений в материалах с большим затуханием акустических колебаний, где наблюдается только один или два отраженных сигнала. При достаточном колкчестве отраженных внутри объекта сигналов, способ позволяет определить главные напра-вления лишь в материалах изотропных, как например, органическое стекло,

и-в материалах со слабо выраженной начальной анизотропией свойств, как, например, низкоуглеродистые стали при больших толщинах илистали после специальной термической обработки, у которых упругая анизотропия, вызванная напряжениями, существенно преобладает над начальной .

В реальных.же материалах проявление начальной анизотропии, вызванной например, пракаткой металла, соизмеримо с эффектом от упругой анизотропии, вызванной приложенными напряжениями, а в некоторых материалах (титановые сплавы, специальные, вьгсокрпрочные стали, алюминиешые сйлавы, стеклопластики) - существенно преобладает . над последними,. Поэтому при измерении напряжений в таких материалах указанным способом главные направления предполагаются известными. Кроме того, из условий обеспечения независи.мости результатов измерения скорости от амплитуды принятого акустического сигнала в измерительных устройствах для обеспечения способа вводится автоматическая регулировка j

усилия, в результате все отраженные сигналы усиливаются до одного уровня. Поэтому для наблюдения на-, турального ряда отра кенных внутри объекта сигналов необходимо иметь одельный канал усилия, что усложняет устройство.

цель изобретения - обеспечение возможности определения направления действия главных напряжений в средах с большим затуханием акустических колебаний и анизотропных средах и повышение, точности изм.ерения.

Поставленная цель достигается те что согласно акустическому способу определения напряжений в твердых средах, заключающемуся в том, что псредством приемно-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум напряжен иям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические- сигналы, определяют соответствующие скор.ости распространения акустических колебаний, по определенным в Напряженном объекте значениям скоростей сдвиговых и продольных колебаний опр.эделяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний и относительные приращения скоростей от их начального значения, по которым судят о характери тиках напряжений, в исследуемый объект, перпендикулярно плоскости действия напряжений, вводят сдвиговые акустические колебания, поляризованные и по третьему направлению, первое направление поляризации выбирают в случае среды изотропной и слабо выраженной анизотропии произвольно, а в случае анизотропной среды - в направлении анизотропии , два др,угих направления поляризации выбирают наклонными к первому под острыми углами, разными пЪ величине и противоположными:ПО знаку, и по измеренным в напряженном объекте значениям -скоростей распространения трех сдвиговых колебаний определяют угол наклона одного из взаимно перпендикулярных направлений действия главных напряжений относительно выбранного первого направления поляризации.

Сущность способа заключается в следующем.

Посредством прие но-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум направлениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы, определяют соответствующие скорости распространения акустических колебаний, по определенным в напряженном объекте значёниям скоростей сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение, скорости сдвиговых колебаний и относительные приращени скоростей от их начального значения по которым судят о характеристиках напряжений, а для обеспечения возможности определения направления действия главных напряжений в среда с большим затуханием акустических колебаний и в анизотропных средах и повьииения точности определения напряжений в исследуемый объект перпендикуля рно плоскости действия напряжений вводят сдвиговые акустические колебания, поляризованные и по третьему направлению, первое направление поляризации выбирают, в случае среды изотропной и слабо выраженной анизотропии, произволь.но, а в случае анизотропной среды в направлении анизотропии, два других направления поляризации выбиргиот наклонными к первому под острыми углами, равными по-величине и противоположными по знаку , и по измеренным в напряженном объекте . значениям скоростей распространения трех сдвиговых колебаний опреде лягот угол наклона одного из взаимно .перпендикулярных направлений действия главных напряжений относительно выбранного первого направления .поляризации.

Введем обозначения:

()

скорость, сдвиговых .акустических колеба-НИИ, поляризованных в первом направлении-, расположенном под неизвестным углом V к . главному направлению;

5,(С|-) скорость сдвиговых колебаний, поляризованных в направлении под углом (tf-oi) к главному направлению, где известный угол

g (.) скорость сдвиговых колебаний, поляризованных в направлениипод углом W-Ki) к главному , где oL - тот же известный угол;

.) ) )

C,W-ot) Cs(tfM)i q(f-ci)

s

К , 0 Ц + s w Ч cos V , eivi24 iiiiaf

Y . соб ЦсоЛ -sVn Vsiff i SinlMi sin-H/

. 0 1 - «a

С (Ч

-st,.

)

(Ч)

Si

-вх.,,)

где С и ,, - скорости распространения сдвиговых акустических колебаний, поляризованных в главных направлениях в напряженном объекте.

Начальное значение скорости распространения сдвиговых колебаний в объекте определится из зависимости:

.,, (6)

а величины и знаки главных напряжений определяются по формулам

где C - скорость распростране«. ния продольных акустических колебаний в напряженном объекте; - начальная скорость сдвиSoговых акустических колебаний;

11,Ъ искомые главные напряжения ;

A,B,A,N - коэффициенты пропорциональности, которые определ.чются упругими модулями второго и третьего порядков материала. В случае среды изотропной и слабо выраженной анизотропии скорость распространения сдвиговых акустическнх колебаний мало зависит от 5 положения ее плоскости поляризации. Она изменяется главным образом под влиянием действующих в объекте напряжений. Поэтому измеренные значения скоростей С5х(Ч ). C5y( 0 и ) непосредственно подставляются в расчетные формулы (1)-(8) для определения положения главные: напряжений и компонент напряжений. В случае анизотропной среды на- 5 чапьная анизотропия сказывается на величине начальной скорости сдвиговых акустических колебаний. Например, скорости колебаний., поляризованных вдол направления прокатки л поперек могут существенно различаться. Можно говорить о начальной разности скоростей.

д Со с; -с,

где с и С - скорости сдвиговых

акустических колебаний,

поляризованных соответственно параллельно и перпендикулярно направлению прокатки. В таких средах в качестве первого направления поляризации сдвиговых акустических колебаний, которое наклонено под неизвестным углом f К главному направлению следует выбирать направление прокатки. Тогда для расчета по формулам {)...(8) принимаются следующие значения скоростей

С5л() - С -дСо,

Q (-сС) 1. (-), Cg.xX-) Cg(oL)

f,о

где Cg - измеренная скорость

сдвиговых акустических колебаний, поляризованных в первом направлении, расположенном под неизвестным угломf

к главному направленито,; в анизотропном теле

CU(-ot} - измеренная скорость

сдвиговых акустических колебаний, поляризованных в направлении под углом минус о к первому направлению, в анизотропном теле

«) измеренная скорость сдвиговых акустических колебаний, поляризованных By направлении под углом od к первому правлению в анизотропном теле, Использование предлагаемого спрсоба позволит определить направление действия главных напряжений в средах с большим затуханием акустическик колебаний в анизотропных средах.

АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ТВЕРдаХ СРЕДАХ, заключающийся в том, что посредством приемно-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум направлениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы, определяют соответствующие скорости распространения акустических колебаний, по определенным в напряженном объекте значениям скоростей сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний и относительные приращения скоростей от их начального значения, по которым судят о ха- . рактеристиках напряжений, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения направления действия главных Напряжений в средах с большим затуханием акустических колебаний и анизотропных средах и повышения точности определения напряжений, в исследуемый объект, перпендикулярно плоскости действия напряжений, вводят сдвиговые акустические колебания, поляризованные и по третьему направлению, первое направление поляризации выбирают в случае ере- ды изотропной и слабо выраженной I анизотропии произвольно,a в случае анизотропной среды -. в направлении (О анизотропии, два других направления поляризации выбирают наклоннымик первому под острыми углами, равными по величине и противоположными по знаку, и по измеренным в напряженном объекте значениям скоростей распространения трех сдвиговых колебаний определяют угол наклона одного из взаимно перпендикулярных направлений действия главных напряжений относительно выбранного первого направления поляризации.