Способ определения анизотропии упругих свойств материала и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N29/18 

со эо vj

9)

сд

4

Изобретение относится к акустическим методам исследования упругих свойств материалов и может быть йс- пользойано при определении анизотропии упругих свойств материалов, например металлов.

Целью изобретения является расширение области применения И расширение функциональных возможностей эа счет измерения пространственной анизотропии,

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа определения анизотропии упругих свойств материала; на фиг, 2 - устройство для определений анизотропии упругих свойств материала; на фиг, 3 - держатель образца устройства.

Способ определения анизотропии упругих свойств материала заключаемся в следующем. Излучающий преобразователь устанавливают так, чтобы его акустическая ось располагалась под

углом к поверхности образца. Излучают этим преобразователем импульс акустических колебаний в промежуточную среду в направлении пйоскопараллель- ного образца материала и принимают прошедшие через образец колебания другим преобразователем. Определяют точку выхода колебаний из образца и измеряют расстояние S между точкой выхода колебаний из образца и пересечением акустической оси излучающего преобразователя с данной поверхностью образца и время t между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний, В ходе излучения поворачивают излучающий преобразователь таким образом, чтобы его акустическая ось описывала конус с вершиной в точке ввода и изменяют угол наклона к поверхности образца. Скорость С рас- пространения акустических колебаний в материале образца определяют по формуле

И:зобретение относится к акустическим методам исследования упругих свойств материалов. Целью изобретения является расширение области применения эй счет измерения пространственной анизотропии. Наклонно облучают ультразвуковыми (УЗ) колебаниями погруженную в иммер- сионную среду плоскопараллельную пластину образца и принимают про шедшие через нее УЗ колебания, Измеряют расстояние между точкой выхода УЗ колебаний из образца и пересечением акустической оси излучающего преобразователя с донной поверхностью образца и время между моментами излучения и приема. В ходе измерений описывают акустической осью излучающего преобразователя конус с вершиной в точке вода при различных углах ввода в (Образец. С помощью измеренных параметров определяют скорость распространения УЗ колеба(Л ний в материале ных направлениях, рости определяют образца в задан- а с помощью ско- анизотропию упругих свойств. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

|,R-sinS-h sinotvi .„а.,Г С illlllSSlKIZ™-..

(R sinS-h sinci) + .(t -t) sih

Co

S 35

R - расстояние от зффективного 3(j акустического центра приемного преобразователя до точки пересечения его акустической оси с блюкайшей поверхностью образца; угол между акустическими осями излучающего и приемного преобразователей; толщина образца; угол между акустической осью Q излучающего преобразователя и перпендикуляром к поверхности образца;

скорость распространения акустических колебаний в про- j межуточной среде; время между моментами излу чения и приема импульса аку стически колебаний при совпадении акустических осей преобразователей в отсутствии образца.

низотропию упругих-свойств матеа определяют по скорости С расстранения акустических колебаний. лучей акустических, например, тразвуковых (УЗ) колебаний про- юст)ирован «а фиг. 1, Образец обают УЗ волной в плоскости abml.

h t

С. t. 50

55

°H.(t -t) sih

Co

J 2

5

(j Q

j

0

5

образованной акустической осью АВ падающей Уз волны и нормалью к поверхности образца, совпаданяцей с его осью вращения. Акустическую ось АВ падающей волны последовательно располагают по образукнцей конуса, обт разованного вращением акустической оси АВ вокруг оси вращения 1Г образца на заданный, дискретный угол Т . Угол d при верщине конуса последовательно изменяют от нулевого до угла, Обеспе- чивакядего исчезновение всех типов преобразованных волн. При этомф1кси- руют расстояние от зффективного акустического центра А праобразовате- ля до точки, ввода В УЗ волньт в образец. Для каждого измерения времени t между излучением и приемом УЗ волн определяют направление максимального переизлучрния is плоскости аЪш1 путем приема преобразованных в образце сигналов преобразователем, зффектив- ный акустический центр U преобразователя и акустическая ось SU которого лежат в плоскости bnilj вращением его на угол S относительно точки ввода В в плоскости abml при фиксированном расстоянии Н от зффективного акустического центра и преобразователя до точки ввода В. Кроме того, для

каждого измерения определяют направление, максимального переизлучения в направлении , перпендикулярном плоскости аЪт,

Устройство для определения ани- . зотропии упругих свойств содержит ванну 1 с иммерсионной жидкостью, погруженные в нее и направленные друг навстречу другу излучающий 2 и приемный 3 преобразователи и располо- между преобразователями держатель 4, Устройство также содержит основной механизм 5 поворота держа- теля 4 вокруг оси, перпендикулярной акустической оси приемного преобразователя 3, дополнительный механизм 6 поворота держателя 4 вокруг оси, перпендикулярной оси вращения держателя 4 основным механизмом 5 поворота, и механизм 7 перемещения излучающего преобразователя 2 в плоскости, параллельной оси вращения держателя 4 основным механизмом 5 поворота и

перпендикулярной оси вращения держа- , ли, и фиксируют при этом расстояние теля 4 дополнительным механизмом 6 от приемного преобразователя 3 до

поворота. Приемный преобразователь 3 установлен с возножностью поворота вокруг оси вращения держателя 4 основным механизмом 5 поворота. Кроме

30

главной оси устройства. Удаляют образец 11 и измеряют время t прохож- дения УЗ волн для выбранного типа колебаний от излучающего до приемного преобразователей без образца 1I. Затем последний вновь устанавливают в держателе 4. В качестве преобразователей 2 и 3 используют, например, пьезоштастины из ЦТС-19 диаметром

того, устройство содержит корпус 8, механизм 9 вертикального перемещения преобразователя 2 относительно корпуса 8 и механизм 10 вертикального перемещения/преобразователя 3 относйтель-г но корпуса 8. Держатель 4 выполнен в 35 8 мм на частоту 5 МГц, Преобразова- виде кольца, внутренняя поверхность тели 2 и 3 соединены блоком аппарату- которого представляет собой конус с углом при вершине Си , выбранном из ус- ловия({ arcsin(Co/C ). Ось поворота держателя 4 относительно корпуса 8 механизмом 5 считается главной осью устройства.,Позицией 11 на фигурах обозначен образец из исследуемого . материала.

Способ измерения анизотропии упру-45 располагают по образующей конуса, по- гих свойств материала осуществляется ворачивая относительно оси механизма в ходе работы устройства следующим 6 поворота на угол J , причем ось ко- образом.куса нормальна к поверхности образца

Образец 11 .в виде плоскопараллель- и совпадает с его осью вращения, а ной пластины, например, толщиной 3. мм 50 уголоб при верщине последовательно и диаметром 30 мм из материала изменяют, например, с шагом от I до 12Х18Н10Т крепится в держателе 4 и 3 , вращая держатель 4 относительно помещается в ванну 1 с контактной главной оси устройства от нулевого жидкостью, выполняющей роль промежу- угла до угласт,,0 обеспечивающего точной среды. Ось механизма 6 поворо-гс исчезновение всех типов преобразован- та располагают в одной плоскости с ных волн. Для каждого измерения опре- главной осью устройства и перцендику- деляют направление максимального пе- лярно ей так, что главная ось устрой- реизлучения, посредством вращения ства лежит на внешней поверхности приемного преобразователя 3 вокруг

ры (не показан), например излучающий преобразователь 2 соединен с блоком генератора УЗ дефектоскопа УД-10УА, А 40 а приемный преобразователь 3-е измерителем временных интервалов И2-26. Акустическую ось излучающего преобразователя 2 последовательно с заданным щагом, например от 1 до 15 ,

10

38765Д

образца 11 ц ось мехлнизмя 6 попорота совпадает с нормалью к центру вмошней поверхности образца 11. Врапая держатель 4 относительно главной оси устройства механизмом 5, добинаются коллинеарности акустической оси преобразователя 2 и нормали к центру вне1анеГ поверхности образца 11. После этого механизмом 9 перемещают преобразователь. 2 в плоскость, перпендикулярную главной оси устройства и содержая ую нормаль к внешней поверхности образца 1 Г, а затем с помощью механизма 7 совмещают с осью вращения механизма 6 и фиксируют расстояние от преобразователя 2 до внешней поверхности образца I1. Приемный преобразователь 3 устанавливают при помощи механизма 10 в плоскость, перпендикулярную главной оси устройства и содержащую акустическую ось излучающего преобразователя 2, так, чтобы акустические оси преобразователей 2 и 3 совпада15

20

главной оси устройства. Удаляют образец 11 и измеряют время t прохож- дения УЗ волн для выбранного типа колебаний от излучающего до приемного преобразователей без образца 1I. Затем последний вновь устанавливают в держателе 4. В качестве преобразователей 2 и 3 используют, например, пьезоштастины из ЦТС-19 диаметром

8 мм на частоту 5 МГц, Преобразова- тели 2 и 3 соединены блоком аппарату-

8 мм на частоту 5 МГц, Преобразова- тели 2 и 3 соединены блоком аппарату-

ры (не показан), например излучающий преобразователь 2 соединен с блоком генератора УЗ дефектоскопа УД-10УА, А, а приемный преобразователь 3-е измерителем временных интервалов И2-26. Акустическую ось излучающего преобразователя 2 последовательно с заданным щагом, например от 1 до 15 ,

глаипом оси устройства из первоначального положения определяемого совпадением акустической оси преобразователя 3 и осью поворота механиз-- ма 6, фиксируя при этом угол , н который повбрачивается преобразователь 3 из иачального положения. После этого перемещением преобразователя 3 при помощи механизма 10 .определяют направление максимального пеrR SinS-h sinetv .

где R - расстояние о эффективного

20

Ю

акустического центра U при емного преобразователя 3 до точки пересечения его акустической оси с поверхностью образца 11; S - угол между акустическими

осями преобразователей 2 и 3 т.е. угол максимального пере излучения в плоскости h - толщина образца Ii; Л - угол между акустической осью излучающего преобразователя

2и перпендикуляром к поверхности образца 11 в точке ввода;

Сд - скорость распространения Уз 35 колебаний в иммерсионной- жидкостиj заполняющей ванну I ;

t - время между излучением и приемом из волны в плоскости О аЪпО. в отсутствии образца 11 при условии совпадения акустических осей преобразователей 2.И 3;

S - расстояние, на которое сме- 45

щается Эффективный акустичес- кий центр и преобразователя.

3перпендикулярйо плоскости аЪт..

Соответствующие модули Б упругое- 50 и вычисляются по формуле

25

где р - плотность материала образца И .55

По разнице скоростей распространения продольной УЗ волны в образце П.

реизлучения в направлении параллельном главной оси устройства, фиксируя при этом смещение второго преобразователя относительно его начального положения. Время t прохождения каждого типа преобразованных колебаний контролируют раздельно. Скорость распространения УЗ колебаний в мате- риале образца )I для заданного направления определяют по формула

20

при различной его ориентации определяют анизотропию модуля 10нга стали 12Х18Н10Т.

25 Фор мула изобретения

(К sinS-h sinct) .(t -t)+2R

где R - расстояние от эффективного

акустического центра прием- У «его преобразователя до точки ввода; .

S - угбл между акустическими осями излучающего и приемного преобразователей; - толщина образца;

содержащее ванну с иммерсионной жидкостью, погруженные в нее направленные друг навстречу другу излучающий 10 и приемный преобразователи, расположенный между преобразователями держа- V теяь образца и механизм поворота держателя образца вокруг оси, перпендикулярной акустической оси приемного

ei/ - угол между акустической осью 15 преобразователя, о т л и ч а ю щ еизлучающего преобразователя и перпендикуляром к поверх- иости образца;

Сд - скорость распространения акустических колебаний в промежуточной среде; 1д время между моментами излу- чеиия и приема импульса акустических колебаний при совпадений акустических осей преобразователей в отсутст- ВИИ образца,

а анизотропию упругих свойств материала Ьпределяют по скорости С распро- странеиия акустических колебаний.

2, Устройство для определения анизотропии упругих свойств материала.

. 1

sin

s

содержащее ванну с иммерсионной жидкостью, погруженные в нее направленные друг навстречу другу излучающий и приемный преобразователи, расположенный между преобразователями держа- теяь образца и механизм поворота держателя образца вокруг оси, перпендикулярной акустической оси приемного

е с я . тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительным механизмом поворота держателя образца вокруг

оси, перпендикулярной оси вращения держателя образца основным механизмом поворота, механизмом перемег ения Излучающего преобразователя в плоскости, параллельной оси вращения держателя образца основным механизмом поворота и перпендикулярной оси вращения держателя образца дополнительным механизмом поворота, а приемный преобразователь установлен с возможностью поворота вокруг оси вращения

держателя образца основным механизмом поворота.

г