Способ определения анизотропии упругих свойств материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле.

Цель изобретения - повышение точности и производительности контроля

На чертеже показана регистрируемая на осциллографе векторная сумма принятых сигналов, поясняющая сущность способа определения анизотропии упругих свойств материалов.

Способ определения анизотропии упругих свойств материалов реализуется следующим образом

В продольном направлении пластины из исследуемого материала возбуждают в

продольном направлении поперечные ультразвуковые колебания Колебания,проходящие перпендикулярно плоскости пластины, принимают двумя ортогонально поляризованными преобразователями поперечных ультразвуковых колебаний, размещенными на противоположных поверхностях пластины так, что ось поляризации одного из них совпадает с направлением распространения ультразвуковых колебаний Сигналы с Этих преобразователей после усиления до одинакового уровня подают на соответствующие входы осциллографа, частота развертки которого выбрана равной частоте ультразвуковых колебаний На экране осС О СЛ

ю о

OJ

циллографа наблюдают векторную сумму принятых сигналов в виде эллипса, как показано на чертеже. Поворачивают систему преобразователей в плоскости пластин до совпадения главных, осей эллипса с осями координат ОХ и OY на экране осциллографа,

Если с входом X осциллографа соединен приемный преобразователь с параллельной направлению распространения ультразвуковых колебаний осью поляризации, то при совпадении большой оси эллипса с осью ОХ ультразвуковые колебания распространяются вдоль оси анизотропии упругих свойств материала. Таким образом, непосредственно определяется искомый параметр, что повышает точность и производительность измерений. Возможность выполнения указанных операций на образцах сколь угодно малых размеров снижает материалоемкость процесса измерений. Для количественного определения коэффициента К анизотропии на экране осциллографа измеряют величины Аох и Аоу большой и малой осей эллипса соответственно и рассчитывают его по формуле

А . « Ay , -т- sin о -г-1- s п Ох Ахоу Ауо

cos a) t sin (6y - (Зх );

АХДАух

-тCOS Oy. COS Ox

АхоАуо

sin ом sin (5y -бх), откуда получим уравнение эллипса

Ах 2

(3)

г- У-созСду-)Аох Аоу

20

Sln()

(4)

Если исследуемый материал обладает изотропными упругими свойствами, выполняется равенство 5Х Оу , а уравнение (4) 25 превращается в уравнение прямой

0,

(5)

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - повышение точности и производительности. В продольном направлении пластины из исследуемого материала возбуждают поперечные ультразвуковые колебания, принимают ультразвуковые колебания двумя размещенными на противоположных поверхностях пластины преобразователями поперечных колебаний с ортогональными направлениями поляризации, у одного из которых это направление совпадает с направлением распространения колебаний. Принятые сигналы подают на входы X и Y осциллографа с частотой развертки, равной частоте ультразвуковых колебаний. Поворачивают преобразователи в плоскости пластины и по совпадению главных осей эллипса суммарного сигнала с осями координат на экране осциллографа регистрируют совпадение направления распространения ультразвуковых колебаний с осью анизотропии, а по отношению размеров главных осей эллипса судят о величине коэффициента анизотропии материала. 1 ил.

К

(D

Направление распространения энергии ультразвуковых колебаний в анизотропных материалах не совпадает с направлением волнового вектора , но определяется тензором упругих свойств материала. 8 результате прохождение поперечной ультразвуковой волны представляет собой распространение волн вдоль двух осей в наиболее типичном для анизотропных материалов случае волновой поверхности в форме эллипсоида вращения.

Сигналы Ах и Ау с приемных преобразователей представляют собой текущие значения величин проекций вектора А на оси координат ОХ и OY в любой момент t и определяются как

Ах Aoxcos(w t + д х); Ay A0ycos(w t + д у),

(2)

где бх и (5у- начальные фазовые сдвиги, возникающие при воздействии колебаний с ма- териалом;

о частота ультразвуковых колебаний.

Для определения взаимосвязи между Ах и Ау исключим из (2) величину у t

которая ориентирована под тем углом, под которым распространяются ультразвуковые колебания по отношению к осям поляризации приемных преобразователей. Если материалу присуща анизотропия упругих

свойств, то йх 5у и главные оси эллипса в общем случае не совпадают с осями координат. При повороте преобразователей в плоскости образца до совпадения главных осей эллипса с осями координат достигается распространение ультразвуковых колебаний вдоль оси анизотропии,

Для анизотропных материалов, имеющих одну ось симметрии, выполнится услол л Л вне ох - , поэтому эллипс

описывается уравнением

Av

50

/ «L.V+/ 1 ,

Аох /V Ауо /

откуда получается выражение (1) для определения коэффициента анизотропии.

Формула изобретения

Способ определения анизотропии упругих свойств материалов, включающий измерение упругих характеристик материала и определение с их учетом искомого парамегpa, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, возбуждают поперечные ультразвуковые колебания в продольном направлений пластины из исследуемого материала, принимают ультразвуковые колебания двумя ортогонально поляризованными преобразователями поперечных колебаний, размещенными на противоположных параллельных направлению распространения ультразвуковых колебаний поверхностях пластины так, что ось поляризации одного из преобразователей совпадает с этим на

правлением, регистрируют векторную сумму принятых сигналов в виде эллипса на экране осциллографа с частотой развертки, равной частоте ультразвуковых колебаний, поворачивают систему преобразователей в плоскости пластины до совпадения главных осей эллипса с осями координат на экране осциллографа, измеряют величины главных осей эллипса и по их отношению судят о величине коэффициента анизотропии, а о направлении оси анизотропии - по направлению распространения ультразвуковых колебаний.