Акустический способ контроля напряжений в твердых средах Советский патент 1975 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение отаосится к области неразрушающих методов и касается, в частности, акустического способа измерений напряжений и деформаций.

Известны акустические способы контроля напряжений в твердых средах, заключающиеся в том, что посредством лриемло-акустического преобразователя вводят в исследуемый объект сдвиговые акустические колебания, поляризованные ,ъ двух взаимио :перпенди«улЯрных пааравлениях, и принимают отраженные виутри объекта акустичеокие сигналы в иа пряжен«ом его состояние и прИ отсутствии папряжений, определяют соответствующ.ие скорости .распространения акустических колебаний, по которым судят о характеристиках напряжений.

Однако такие способы ,не определяют направление действия главных наяряжепий; непригодны для измерения остаточных напряжений, так как не позволяют определить значение исходной скорости волн в исследуемом напряженном объекте; обладают низкой точностью.

Целью изобретения является определение двухосных остаточных напряжений без разрушения объекта и повышение точности контроля.

Это достигается за счет того, что в исследуемый напряженный объект перпендикулярно

плоскости действия напряжений вводят также продольные акустические колебания и принимают отражейные внутри объекта сигналы, по измеренным в напряженном объекте значениям скрростей распространения двух сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний, определяют относительные разность и сумму приращения скоростей от их-начального значения, а одно из взаимно перпендикулярных направлений определяют поворотом акустического преобразователя вокруг собственной оси до положения, в котором :П1ринятые сигналы располагаются в последовательный ряд с систематически убывающими амплитудами.

Сущность способа заключается в. следующем.

В исследуемый объект, находящийся в двухоском .напряженном состоянии, вводят посредством акустического приемно-излучающего преобразователя сдвиговые акустические колебания, поляризованные в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

При одинаковой ориентации излучателя и приемника поляризованных колебаний амплитуда колебаний, принятых приемником, из-за поворота плоскости поляризации колебаний, прощедщих через напряженный объект, в зависимости от величины напряжений меняется по закону модуля косинуса: 11 Л rz Ло COS Ttf/ ,где Ло - амплитуда колебаний на приемнике при совпадении плоскости поляризации колебаний с главной плоскостью;/ - частота колебаний; /--длина пути упругой волпы в среде; Vsy, Vsz - скорости волн, поляризованных в направлепии оси у к. z соответственно. Поскольку для данного материала величина поворота плоскости поляризации пропорциональна напряжениям, длйне пути и частоте колебаний, то амплитуды различных эхо-сигналов изменяются с различными скоростями под влиянием напряжения. Поэтому принятые преобразователем эхо-сигналы располагаются в ряд с нерегулярио изменяющимися амплитудами. При совпадении же плоскости поляризации колебаний с главной плоскостью различия в величине амплитуд эхо-сигналов обусловлены, главным образом, затуханием колебаний в исследуемой среде. Поэтому такие сигналы располагаются в ряд с систематически и плавно убывающими амплитудами. Таким образом, наблюдая на экране регистрирующего прибора принятый приемником ряд эхо-сигналов, поворачивают акустический преобразователь вокруг собственной оси до положения, в Котором принятые сипналы располагаются в последовательный ряд с систематически убывающими амплитудами, что позволяет определить одно из направлений действия главного напряжения. Максимальный угол, на который поворачивают преобразователь, составляет 90°. Затем измеряют скорости распространения сдвиговых акустических колебаний при поляризации их в двух взаимно перпендикулярных главных направлениях и распространении в направлении, перпендикулярном обоим этим направлениям. Кроме сдвиговых акустических колебаний в исследуемый объект перпендикулярно плоскости действия напряжений вводят также продольные акустические колебания и измеряют скорость их распространения. Пачальное значение скорости сдвиговых колебаний в данном объекте нри отсутствии напряжений определят из зависимости С.„г7гЖ(С,.+С,,, а величипы и знаки главных напряжений определят по формулам С, -С. с, -с, . Х2ч Cs С, -Гзгде Сл,. н Сз.,-скорости распространения сдвиговых колебаний в напряженном теле прп поляризации их в плоскости соответствующего главного напряжения и распространении в направлении, перпендикулярном обоим главным; Cg -скорость распространения в том жэ направлении продольных акустических колебаний в напряженном теле; С,-скорость сдвиговых акустических колебаний в ненапряженном теле (начальная скорость); 22, бзз - искомые главные напряжения; А, В, М, N - коэффициенты пропорциональности, которые определяются упругими модулями второго и третьего порядков материала и равны: (А -2;л) (l + -- ) V4;л у ;j,2 ( + 36&o;j.2 I л + 2j: - 26 - /. 2;j.| X ;;.2 (Л +2;j, X I + 2;j.|e + 61-А(2д + 4;л4- 26 -гС, 4а у Г+1 2;j- а- b -л (2А -1- 4;н-2й-Ь С| X (-Ч-2;/|- 26-(Д-2;л) l + -- X 2;j. (а - b - /: (2/. -г 4;j. -f 26 + cj где A, и 1-1 - константы Ламе; KO - модуль объемной упругости; а, b -а с - упругие модули третьего порядка мате1риала. Упругие константы второго и третьего порядков данного материала, а следовательно н коэффициенты А, В, М vi N определяют на основе ультразвуковых измерений при одноосном сжатии образцов прямоуголыной формы и в виде сплошного диска из данного материала. Предмет изобретения Акустический способ контроля напряжений в твердых средах, заключающийся в том, что посредством приемно-излучающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект сдвиговые акустические колебания, пояризованные в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и принимают отраженные нутри объекта акустические сигналы в напря-i жевном его состоянии и при отсутствии напряжений, определяют соответствующие скорости распространения акустических колебаний, до которым судят о характеристнках напряжений, отлИ чающий с я тем, что, с целью определения двухосных остаточных напряжений без разрушения объекта, а также повышения точности контроля, в исследуемый нап|ряженный объект перпендикулярно плоскости действия напряжений вводят также продольные акустические колебания и принимают отраженные внутри объекта сигналы, по измеренным в напряженном объекте значениям скоростей раопространения двух сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний, определяют относительные разность и сумму

шрирашения скоростей от их начального значения, а одно из взаимно перпендикулярных направлений определяют поворот акустического преобразователя вокруг собственной оси до положения, в котором принятые сигналы располагаются :В последовательный ряд с систематически убываюшими амплитудами.