Образец для исследования структуры твердых тел акустическими методами Советский патент 1979 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к области акустических методов исследования структуры твердых тел, в частности, к измерениям внутреннего трения и акустической эмиссии в процессе воздейст вия мощных ультразвуковых колебаний. Известны устройства, предназначенные для исследования структуры твердых тел акустическими методами путем измерения амплитуды вто рой гармоники при циклических испытаниях, в которых образец представляет собой стержень прямоугольного сечения, к боковым поверхностям которого приклеены излучатель и приемник высокочастотных акустических колебаний 1. Для контроля многих технологических процессов, связанных с пластическим деформированием твердых тел под воздействием ультразвуковых колебаний (например волочение, вытяжка, прессование и др.) необходамо знать изменение структуры непосредственно лв процессе воздействия мощных ультразвуковых колебаний, что трудно осуществить в известных устройствах. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является образец, выполне1П1ый в виде стержневого злемента 2. Недостатками известного устройства являются наличие акустических помех и невысокая надежность результатов измерений при исследовании внутренней структуры твердых, тел акустическими методами в процессе воздействияна них мощного ультразвука. Это связано с тем, что вследствие большой амплитуды ультразвуковых колебаний поверхности образца нарушается акустический контакт электроакустического преобразователя высокочастотных колебания с исследуемым образцом. Цепью изобретения является повышение надежности измерений в процессе воздействия мощных ультразвуковых колебаний. Цель достигается тем, что в предлагаемом образце стержневой элемент снабжен одной или несколькими парами взаимно перпендикулярных волноводов, пересекающих его в плоскости поперечного сечения, причем длины волноводов каждой пары равны четному и нечетному числу полуволн ультразвуковых колебаний на частоте

возбуждения, длина стержневого элемента равна нечетному числу четвертей длин возбуждаемых ультразвуковых колебаний.

На фиг. 1 изображен описываемый образец в виде трехстержневого креста; на фиг. 2

эпюры ультразвуковых напряжений.

Образец представляет собой стержень 1 (измерительный) прямоугольной формы, к .боковым фаням которого в плоскости, перпендикулярной к его оси сделано попарно четыре прямоугольных выступа 2 к 3, 4 и 5, образ)пощих два взаимно перпендикулярньк стержня (волно воды мощных ультразвуковых колебаний). Суммарная длина выступов, образующих стержень в направлении в, резонансная, равная где п - целое число, X - длина волны мощных ультразвуковых колебаний. Суммарная длцн выступов 4 и 5 и обшей части стержня 1, образующих стержень в направлении с, равна (2m+l) V2, гдет - целое число. Длина стержня 1 равна (2кч-0 J4, тде к - целое число.

Исследование структуры твердых тел с помощью предлагаемого образца производится следующим образом.

К торцам двух стержней образца 1, расноложБнных во взаимно перпендикулярных направлениях в и с, прикрепляют мощные ультразвуковые преобразователи 6 и 7. К измерительному стержню I присоединяют высокочастотный преобразователь 8. Затем по направлениям вне создаются ультразвуковые напряжения большой амплитуды, однако вследствие различия в длинах стержней по указанным осям в области, яв. ляющейся общей для них, ультразвуковые напряжения - противофазны (см. фиг. 2). Вследствие этого по оси а ультразвуковые колеба1шя не возбуждаются. Это позволяет обеспечить стабильный контакт, необходимый для исследования внутренней структуры акустическими методами. При этом общий для всех стержней обьем будет находится под воздействием мощного ультразвука и через него будут проходить высокочастотные

акустические импульсы, несущие информацию

об изменении внутренней структуры этою обьем

Использование образцов указанной формы позволяет проводить исследования внутренней структуры твердого тела непосредственно во время воздействия мощных ультразвуковых колебаний на эти тела. Это, в свою очередь, позволит эффективно прогнозировать состояние изделий, находящихся под воздействием высокоамгшитудных знакопеременных деформаадй. Кроме того, это позволит использовать явление акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и изделий, находящихся под воздействием высокочастотных вибраций.

Возможно также выполнение предлагаемого образца в виде пятистержневого креста, что позволяет создать в измеряемой области большие значения ультразвуковых деформаций.

Формула изобретения

Образец для исследования структуры твердых тел акустическими методами, выполненный в виде стержневого элемента, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности измерений при воздействии мощных ультразвуковых колебаний, стержневой элемент снабжен одной или несколькими парками взаимно перпендикулярных волноводов, пересекающих его в плоскости поперечного сечения, причем длины волноводов каждой пары равны четному и нечетному числу полуволи ультразвуковых колебаний на частоте возбуждения, а длина стержневого элемента равна нечетному числу четвертей длин возбуждаемых ультразвуковых колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ермилин К. К. и др. Физика металлов и металловедения. М., т. 38, вып. 4, 1974.

2.W.P. Meson and others. Ultrasonics.V-13. NO 3, 1975, p.V.13, N 3, 1975, p. 128.

Фиг.2