Способ определения анизотропии упругих свойств материала Советский патент 1990 года по МПК G01N29/00 

со

00

о

и

00

Изобретение относится к акустическим методам исследования упругих спойстп материалов и может бьггь использовано при определении анизотропии упругих свойств материалов I например металлов.

Цель изобретения - повышение точности за счет определения анизотропии упругих свойств исследуемого на- )о содержит закрепленные в ванной 2 дер- териала во всем объеме образца,D резуль- жатель 6 образца 5 с вращателем 7 и тате чего появляется возможность снизить влияние флуктуации упругих свойств 3 отдельных точках на результаты измерений. ,5 На чертеже изображено устройстчервячной парой 8. Кроме того, в уст-г ройство входит механизм 9 перемещения, обеспечивающий смещение преобразователя А по вертикали относительно корпуса 1, и координатный столик 10, обеспечивакхдий смещение преобразователя в горизонтальной плоскости.

во, реализующее способ определения

анизотропии упругих свойств материала.. .

Способ определения анизотропии упругих свойств материала заключается и следующем.

Располагают в промежуточной среде преобразователь и полусферический образец так, чтобы точка ввода, т.е. точка пересечения акустической оси преобразователя с плоской поверхностью образца, совмещалась с точкой пересечения оси Симметрии образца с плоской его поверхностью. Излучают преобразователем импульс акустических колебаний и принимают им отраженные сферической поверхностью образца колебания. В ходе излучения-приема осуществляют взаимное перемещение образца и преобразователя так, чтобы акустггческая ось преобразователя поворачивалась вокруг нормали к поверхности образца в точке ввода и изменялся угол между акустической осью и нормалью к плоской поверхности об- разца. В течение сканирования измеряют время t между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний и определяют скорость С распространения акустических колебаний в материале образца по формуле

С 2 R Co/(Cot - 2F),

где R - радиус образца;

С (J - скорость распространения акустических колебаний в промежуточной среде; F - расстояние от эффективного акустического центра преобразователя до точки ввода. Анизотропию упругих свойств материала определяют по скорости С распространения акустических колебаний.

Устройство для определения анизотропии у пругих свойств материалов со держит корпус 1 и установленные на нем ванну 2, предназначенную для заполнения контактной жидкостью, и планку 3 с преобразователем 1, В ходе работы в ванной 2 размещают полусферический образец 5. Устройствг также

о содержит закрепленные в ванной 2 дер- жатель 6 образца 5 с вращателем 7 и 5

червячной парой 8. Кроме того, в уст-г ройство входит механизм 9 перемещения, обеспечивающий смещение преобра0

0 5

5

зователя А по вертикали относительно корпуса 1, и координатный столик 10, обеспечивакхдий смещение преобразователя в горизонтальной плоскости.

Способ определения анизотропии уп- ругих свойств материалов осуществляется следующим образом.

Полусферический образец 5, напри- мек1, радиусом 15 мм из материала 12Х18Н10Т крепят в держателе 6 и по5 мещают в ванну 2, заполненную, например, дистиллированной водой. Ось вращателя 7 располагают в одной плоскости с осью вращения держателя 6 относительно корпуса 1 и перпендикулярно

0 ей так, что ось вращения держателя 6 относительно корпуса 1 лежит на плоской поверхности образца 5 и ось вращателя 7 совпадает с нормалью к центру плоской поверхности образца 5. Вращая держатель 6 относительно корпуса 1, добиваются коллениарности акустической оси преобразователя 4 и нормали к центру внешней поверхности образца 5, после чего механизмом 9 перемещения смещают преобразователь в плоскость, перпендикулярную оси вращения держателя 6 относительно корпуса 1 и содержащую нормаль к плоской поверхности образца 5, совпадающую с осью вращателя 7, а затем с помощью координатного столика 10 совмещают с осью вращателя 7 и фнксиру- ют расстояние от преобразователя до плоской поверхности образца 5. Затем преобразователем 4, например пье- зопластиной из ЦТС-19 диаметром 8 мм на частоту 5 мГц, излучают акустические колебания, принимают отраженные образцом 5 эхо-иьтульсы и измеряют интервал времени между моментами из5 лучения и приема. Управление работой преобразователя А осуществляют с помощью электронного блока (не показан), используя, например, в качест0

31

ве генератора блок генерации ультразвукового дефектоскопа УД-10УА, а в качестве блока обработки сигналов - измеритель временных интервалов ИГ-2 Акустическую ось преобразователя 4 последовательно с заданным шагом, например от 1 до 1, при ПОМО1ЦИ червячной пары 8 располагают по обраэу- едей конуса, поворачивая относительн оси вращателя 7, ось которого нормальна к плоской поверхности образца 5 и совпадает с его осью вращения, а угол при вершине последовательно изменяют, например с шагом от 1 до j, вращая держатель 6 относительно корпуса 1 от нулевого до угла, обеспечивающего изчезновение всех типов преобразованных волн. Время прохожде

ния каждого вида преобразованных болн контролируют раздельно. Скорость С прохождения ультразвуковых колебаний в образце 5 для заданного направления определяют по формуле

С 2 R-C

,/(C,.t - 2F).

де R радиус полусферического образца 5;

С J, - скорость распространения30

акустических колебаний в заполняющей ванну 2 жидкости;

F - расстояние от эффективного акустического центра преобразователя 4 до точки с ввода ультразвуковых колебаний в образец 5;

t - измеренное время между приемом и излучением импульса ультразвуковых колебаний. .до Соответствующие модули Е упругости ычисляют по формуле

РС

- плотность материала образца 5.

разнице модулей упругости в 5 при различной его ориентации

определяют анизотропию упругих свойств исследуемого материала.

Формуле на обретения

0

5

0

5

0

с

Способ определения анизотропии упругих свойств материала, закдлючаю- щийся в том, что излучают преобразователем импульс акустических колебаний в промежуточную среду в направ- лен1ш поверхности образца материала, перемещают преобразователь так, чтобы акустическая ось изл /чениых колебаний поворачивалась вокруг нормали к поверхности образца в точке ввода, изменяют угол между акустической осью и нормёлью к поверхности,.принимают отраженные образцом акустические колебания в ходе перемещения преобразрвателя, измеряют параметры принятьк колебаний и по ним определяют анизотропию упругих свойств материала, отличающийся тем, что, с целью повьштения точности, в качестве образца используют полусферический образец, точку ввода акустических колебаний совмещают с точкой пересечения оси симметрии образца с плоской его поверхностью, измеряют время t между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний, определяют скорость . С распространения акустических колебаний в материале образца по формуле

С --

2RCo 2Р

где R - радиус образца;

CQ - скорость распространения акустических колебаний в промежуточной среде; F - расстояние от эффективного акустического центра преобразователя до точки ввода,

а анизотропию упругих свойств материала определяют по скорости С распространения акустических колебаний.

10

Изобретение относится к акустическим методам исследования упругих свойств материалов. Цель иэобрете- .повышение точности за счет, использования при определении усредненных по всему исследуемому объему ианеряемых характеристик благодаря использованию полуЬферическогО обре - ца и измерению времени распространения ультразвуковых (УЗ) колебаний между его плоской и сферической поверхностями. Способ заключается в том, что преобразователь и полусферический образец размещают в првмелсу- точной среде и совмещают точку ввода УЗ колебаний с центром образующей образец сферы. Излучая и принимая отраженные образцом УЗ икпульсы, перемещают образец относительно преобразователя так, чтобы акустическая ось. преобразователя поворачивалась вокруг перпендикуляра к плоскости образца в точке ввода УЗ колебаний и изменялся угол между этим перпендикуляром . и акустической осью. При этом измеряют время между моментами излучения и приема, определяют по нему скорость распространения УЗ колебаний в материале образца и через нее анизотропию упругих свойств. 1 ил. и