Способ определения дефектности изделий из твердых диэлектрических материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N19/08 G01N3/32 

, J Изобретение относится к испытаниям, а именно к способам определения дефектности изделий.

Цель изобретения - повьшение информативности путем обеспечения как регистрации дефектов, так и их селекции по степени опасности и о начале разрушения конструкции.

На фиг.1 показана зависимость числа импульсов излучения при нагру- жении древесины нагрузкой ниже уровня повреждения; на фиг.2 - нагрузка вьпие уровня повреждения.

Устройством для осуществления предлагаемого способа служит испытательная машина, позволяющая циклически нагружать образцы, снабженные приемным устройством для регистрации числа импульсов излучения.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемое изделие из твердо- го диэлектрического материала подвергают циклическому-механическому на- гружению с постоянной скоростью до выбранньпс заранее нагрузок, значительно меньших разрушающих. Регистрируют общее число электромагнитных импульсов, излученных изделием в процессе одного нагружения. Далее изделие разгружают до исходного состояния, снимая приложенную нагрузку, а затем проводят очередной цикл нагружения, строя таким образом зависимость числу излученных электромагнитных импульсов во время одного цикла нагружения от числа таких циклов.

Твердые диэлектрические материалы при механическом воздействии на них обладают способностью генерировать и myльcный электромагнитный сигнал (ЭМС) в радиочастотном диапазоне за

У1

эо

У

счет процессов перераспределения внутренней энергии твердого тела. В .нагруженных твердых диэлектрических ;материалах как с высокой однородностью (стекло, керамика), так и с никой (аморфные кристаллические полимеры, различные модифицированные, слоистые материалы, древесина и т.д задолго до их разрушения или появления крупных очагов разрушения уже могут происходить распады межатомны связей, обуславливая появление микр |скопических дефектов, оказываюпшх влияние на механические характерис- изделия. Электромагнитный сиг- :иал является следствием процессов разделения и релаксации электрическ |3арядов на поверхности микродефекто имевшихся или образующихся в результате механического нагружения. Параметры ЭМС в этом случае должны зави сеть от количества и размеров имеющихся в изделии дефектов, определяющих eho прочность.

При циклическом виде механического воздействия, когда процесс нагру |жения чередуется с разгружением образца путем полного снятия нагрузки в изделии развивается пос.ледователь itbtfi, необратимый процесс разрушения На разных стадиях этого процесса В изделии формируется определенный Тип преобладающих дефектов, начиная от субмикроскопических и заканчива макроскопическими, соизмеримыми с размерами изделия, которые, в свою очередь, и обуславливают характерны зависимости числа импульсов ЭМС от Циклов нагружения.

Суммарное число импульсов, зарегистрированных за одно нагружение, возрастает по мере увеличения циклов нагрузка - разгрузка у бездефектных образцов и уменьшается у образцов с серьезными нарушениями структуры. Признак возрастания зависимости характеризует развитие начальных субмикроскопических дефектов, которые не оказывают заметного влияния на механические свойства изделия, Признак убьгоания зависимости характеризует развитие более серьезных- микроскопических нарушений, связанных с разрывами элементов, образующих структуру.

Пример. Для наиболее полной демонстрации возможностей предлагаемого способа в качестве контролируе

to

15

20

25

30

35

40

45

50

5

мого материала использована древесина - природный композиционный материал, имеющий сложное строение и содержащий в своем составе более половины целлюлозы - аморфно-кристал-; лического полимера.

Кондиционированные образцы 12%-ной влажности представляли собой прямоугольные с- основанием 20)0мм и длиной вдоль волокон 30 мм. Сжатие вдоль волокон проводили на нагрузочной машине типа Р-5 с постоянной скоростью, равной 4 мм/мин, до заранее выбранной нагрузки испытания, вызывающей напряжения в образце, не превышающие предела пропорциональности. Нагрузка составляла 14 кН, В процессе нагружения фиксировали текущее значение нагрузки и общее число импульсов, излученных образцом за один цикл нагружения. При достижении заданной нагрузки испытания образец разгружали до исходного состояния путем полного снятия нагрузки и сразу начинали очередной цикл.

Элект ромагнитный сигнал принимали приемным устройством, выполненным в виде металлической антенны, установленной на расстоянии 5 мм от боковой грани образца. Затем сигнал усиливали усилителем с полосой пропускания 80-1,8 -10- Гц. Минимальная амплитуда входного напряжения по абсолютной величине составляла не менее 3-10 В. Далее сигнал формировали и регистрировали в цифровом виде.

По полученным данным строили зависимости излучательной способности образцов (числа импульсов за один цикл Нагружения ) от количества проведенных циклов, обеспечивающих последовательное увеличение их дефектности.

На.фиг. I приведена такая зависимость, полученная при циклических нагрузках до Г 14 кН, т.е. до нагрузок испытания, при которых напряжения в образце остаются ниже предела пропорциональности. При таких нагрузках в древесине образуются только субмикроскопические нарушения структуры. При первых нагружениях в аморфных прослойках целлюлозы появляются натянутые, перенапряженные молекулы, что и приводит к разрыву прослоек, образованию субмикродефек- тов. Размеры таких дефектов остаются постоянными, изменяются только их концентрации. Суммарное число за5

регистрированных за одно нагружение электромагнитных импульсов возрастает по мере увеличения циклов нагру- жения. Зависимости подобного вида наблюдаются в тех случаях, когда образец не подвергали значительным нагрузкам и он не имеет серьезнь пс нарушений структуры, способных в зна чительной мере повлиять на его механические характеристики.

При наличии серьезных микроскопических нарушений структуры, возникающих на более поздних стадиях разрушения, излучательная способность образца уменьшается по мере увеличения циклов нагрузка - разгрузка. Так, однократное нагружение образца, осуществленное до более значитель- ньпс нагрузок, вызывающих напряжения в образце, равные пределу пропорциональности, резко уменьшает его измерительную способность при последующих циклических нагружениях до напряжений, равных 2/3 от предела пропорциональности (фиг.2).Видно, что наибольшее количество импульсов зарегистрировано . при первом нагружении,. прекращенном как только напряжения в образце достигли предела пропорциональности. С увеличением циклов нагрузка - разгрузка их число уменьшается и достигает установившегося значения по мере увеличения циклов нагружения. Это связано с тем, что

Ч

5891516

при первом нагружении в образце произошли серьезные нарушени я его структуры, вызванные значительным распадом связей, и при последующих нагружениях эти связи в энергетике процесса уже не участвуют.

Формула изобретения

10

Способ определения дефектности изделий из твердых диэлектрических материалов, заключающийся в том, что изделие механически нагружают до

f5 уровня, ниже разрушающего, и регистрируют параметр генерируемого изделием электромагнитного излучения, по KOTOpoiWy судят о дефектности материала, отличающийся тем,

20 что, с целью повышения информативности путем обеспечения как регистрации дефектов, так и их селекции по степени опасности и регистрации начала разрушения изделия, нагружение осу-.

25 ществляют циклически при постоянном уровне максимальной нагрузки, в ка- честве параметра электромагнитного излучения регистрирутот в каждом цикле количество импульсов излучения и судя

30 об опасности дефекта вследствие его развития по уменьшению величины параметра излучения с ростом числа циклов, а о начале разрушения - по точке перегиба зависимости параметра

35,

излучения от числа циклов.

Изобретение относится к испытаниям, а именно к способам определения дефектности изделий. Цель изобретения - повышение информативности путем обеспечения как регистрации дефектов, так и их селекции по степени опасности и о начале разрушения конструкции. Конструкцию нагружают циклически и измеряют в каждом цикле количество сигналов генерируемого ею электромагнитного излучения. В случае наличия неопасных дефектов число импульсов растет с ростом числа циклов. При появлении опасных дефектов, приводящих к началу разрушения, на кривой число импульсов - число циклов наблюдается точка перегиба. 2 ил.

.. &

3 4 Фаг.)

5 S , п,

4ДО

0

Фи.2

гг Iг4t J 7

/7,