Способ определения механических характеристик изделий Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к испытаниям различных материалов и элементов конструкций, в частности, к способам определения прочности арматурных сталей, бетона и др. материалов.

Известен способ контроля механических характеристик, а именно, прочностных свойств строительных материалов, заключающийся в измерении скорости ультразвука на двух различных частотах, определение разности измеренных значений скоростей и определении прочности бетона с учетом измеренной разности скоростей. Недостатком способа является его невысокая точность, т.к. фактически он сводится к контролю прочности по коэффициенту затухания ультразвука и не учитывает нелинейные свойства контролируемого изделия.

Наиболее близким к предлагаемому является способ акустического контроля мате- риалов, включающий возбуждение

колебаний изделия, измерение резонансных частот колебаний, по которым рассчитывают механические характеристики изделия, например, модуля Юнга материала изделия. Недостатком способа является невысокая точность измерения, например, прочностных свойств изделия, т.к. они определяются с учетом только линейных модулей упругости материала и при равенстве последних не позволяют разделить материалы с различными параметрами нелинейности деформирования.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем. что дополнительно измеряют не менее чем два раза амплитуду резонансных колебаний, измеряют при этом частоту второго резонанса, определяют разность частот первого резонанса при малой амплитуде котебаний и используют ее при построении ггадуирпVI

VJ

О 00 00 О

вечной зависимости для определения механических характеристик изделий.

Отличительным признаком технического решения является использование в качестве измеряемого параметра изменения резонансных частот колебаний изделий при изменении их амплитуды.

Указанное отличие приводит к повышению точности определения механических характеристик контролируемого изделия, т.к. изменение частоты резонансных колебаний при изменении их амплитуды обусловлено нелинейностью деформирования материала изделия, связано с его структурой и позволяет разделить по прочностным свойствам материалы, линейные модули которых (например, модуль Юнга) могут быть одинаковыми.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство состоит из генератора регулируемой амплитуды 1, соединенного с акустическим излучателем 2, который установлен на поверхности контролируемого изделия 3. На противоположной грани изделия установлен приемный акустический преобразователь 4, сигнал с которого подается на регистрирующий прибор 5, позволяющий измерять частоту и амплитуду колебаний контролируемого изделия.

Измерения могут быть проведены на образцах любых твердых тел. При этом образцы изделия, используемые для установления на подготовительной стадии градуировочной зависимости, и контроле руемые изделия должны иметь одинаковую геометрию для того, чтобы измерения проводились на одинаковых модах колебаний.

Пример. Измерения проводились на элементах арматурного каркаса для железобетонных колонн жилых и общественных зданий. На торцовые поверхности образцов из арматурных сталей классов А I, А II и A III размером в сечении 1200 мм и длиной 400 мм приклеивались ультразвуковые преобразователи. С помощью генератора 1 ультразвуковой частоты в образце возбуждалась продольная стоячая волна, амплитуда которой регистрировалась приемником 4 и визуально наблюдалась с помощью осциллографа 5. Резонансная частота измерялась с помощью частотомера.

Изменением частоты устанавливали максимальную амплитуду колебаний. Затем изменяли в 10 раз напряжение на излучающем преобразователе и вновь подстройкой

частоты генератора устанавливали максимальную амплитуду колебаний. Определяли изменение резонансной частоты Af по формуле

Af мин - fivtaKC,

где Тмин, Тмакс - резонансная частота при соответственно минимальном и максималь- ном напряжении на излучателе.

Затем образцы испытывались на разрывной машине для определения прочности на растяжение.

Результаты измерений и испытаний приведены в табл. 1.

По результатам табл. 1 была получена методом наименьших квадратов градуиро- вочная зависимость

20

R 921,5-5,828 A f.

При относительной погрешности измерений 5ф1 4,5%.

Полученная зависимость была исполь- зована для определения прочности на раз- рыв других однотипных деталей. Результаты приведены в табл. 2.

Среднеквадратичное отклонение не превышало 10 МПа, что позволило не только разделить испытанную арматуру по классам, но определить механические характеристики конкретного изделия с достаточно для практики точностью без его механического испытания.

Формула изобретения

Способ определения механических характеристик изделий, заключающийся в

том, что в контролируемом изделии или образце изделия возбуждают резонансные ко- лебания, измеряют параметры этих колебаний, подвергают его механическому воздействию, снимают градуировочную зависимость и определяют механические характеристики изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, на каждом изделии или образце до механических испытаний изменяют не менее, чем в

два раза амплитуду резонансных колебаний, измеряют при этом частоту второго резонанса, определяют разность частот первого и второго резонансов, и используют ее при построении градуировочной зависимости и определении механических характеристик изделий.

Таблица 1

Изобретение относится к области испытаний различных материалов и элементов конструкций, в частности к способам определения прочности арматурных сталей, бетона и др. материалов. Целью изобретения является повышение точности. Сущность изобретения состоит в том, что измеряют частоту резонансных колебаний npi/i малой амплитуде колебаний, изменяют не менее чем в два раза амплитуду резонансных колебаний, измеряют при этом частоту второго резонанса, определяют разность частот первого и второго резонансов и используют ее при построении градуировочной зависимости и определении механических характеристик изделий.1 ил. сл С

2

Таблица 2

l

5