Ультразвуковой способ определения физико-механических характеристик тонких стержней и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01N29/04 

Недосгагками этого способа являются невозКгожносгь неразрушающего мегода определения массы учасгка стержня, инзкне технические возможности и гфоизводетальность из-за невозможности,опреде ленйя ряда характеристик стержня(плотность, жесткость, деформация и т,п.),влияние граничных условий. Известно устройство для осуществления способа, содержащее приемный и возбуждающий блоки преобразователей, частотомер, последовательно соединенные фазометр, усилитель-синхронизатор и генератор вьшужденных колебаний, один из выходов которого связан с частотомером з Недостатками устройства являются трудоемкость операций измерения, связанная с гфиклейкой ульразвуковых преобразовате лей, nocTosmcTBO базы контроля может выз вать нежелательные комбинационные намеки, невозможность измерения одновременно на 3-х типах волн, погрешность измерения, связанная с различием амплитуд сигнала на обоих датчиках. Целью изобретения является обеспечение неразрушающего контроля, расш1фение технических возможностей, повышение гфо изводительности, упрощение н увеличение точности измерений физико-механических характеристик стержней.. Цель достигается тем, что к стержню прикладывают последовательно не менее двух сил продольной деформации и при каж дом значении силы дополнительно определяют еще не менее одного значения обер.тона антисимметричной моды, определяют отношение обертонов и рассчитывают грани шые условия и номер обертона, затем, с учетом размера контролируемого участк И СИЛ продольной деформации, рассчитывают изгибную жесткость попере шого сечения стерШ1Я, по которой судят о физшсомеханическ 1Х характеристиках стержи я. Цель достигается тем, что устройство снабжено Дополнительным приемным блоком, установленным на регулируемой базе, угфавляемым кЬмкгутатором, входы которого связаны с выходами преобразователей, а вькоды с фазометром, блоком регистра- ilKfS4 коммутатором, входал которого связа- ны с вмкодом генератора вынужденных колебаний, приемными и возбуждающим блоками и управляющим блоком, а выход - с фазометром, соединенными последовательно задающим сИловым блоком, блоком памяти, первым ключевым элементом и управлтощим блшсом, выход которого связан с блоком регистрации и входом задающего сапового блока, включенного между ним и 20664 вторым выходом блока памяти последовательно соединенными комплексным преобразователем, вторым ключевым элементом н блоком определения жесткости, второй вход ключевого элемента соединен с первым выходом блока памяти, блоком установки базы контроля, вход KOTopcjro связан со вторым выходом блока селекции, первый выход - со входом ирнемного биока преобразовагелей, а агорой вькод - с третьим входом управляющего блока, излучающий блок преобразователей установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно приемных блоков, На чертеже представлена схема устрсЛства для осуществления способа опреде-Г ления физико-механических характеристик тонких стержней. Устройство содержит возбуждающий и приемные преобразователи 1,2,3, сило- вой блок 4, генератор вынужденных колебаний, усипитеяя-свнхршизатор 6, фазометр 7, коммутатор 8, частотомер 9, блок 10 памяти, комплексньй преофазо ватепь 11, блок 12 установки базы контроля, ключевой элемент 13, блок14 определения жесткости, ключевой элемент 15, блок 16 управления и блок 17 регистрации, Способ заключается в следующем. Возбуждение в изделии одного из трех типов нулевых мод осуществляется блоком 1 гфеобразователей. Приемные блоки 2 и 3 преобразователей установлены на базе контроля 6 . Необходимый тип преобразователей переключается с помощью коммутатфа 8, управляемого, блоком 16 уп авления. Коммутатор 8 осуществляет подключение пары приемных преобразователей 2 и 3 к двум входам фазомет за 7, Фазометр 7 вьшает сигнал, пропорциональньп1 разности фаз входных сигналов на усилитель-синхронизатор 6, который управляет частотой генератора 5 в шужденных колебаний, сигнал которого через коммутатор 8 подается на преобразователь 1. При разности фаз, равной нулю, процесс настройки на резонанс заканчивается , и частотомер 9 тфоиэводит измерение значения резсх аисного пика. Данные измерения засылаются в блок Ю мяти. Процесс измерений резсжансных пиков проводится в некотором диапазхже частот, где ожидается СЕОявление резонаноньгх паков симметричней в кругнпьагй мод. Все данные измерений засылаются в бнсж Ю памяти. Из блсжа 1О памяти данные измерений засылаются в преобразователь

11, где по вааимоотноиЕнню значений резонансных пиков производится селенция обертонов антисимметричной моды определение их номеров, способ закреплеявя стержня и селектируются основные гармоники симметричной и крутильной мод. Определяется взаимное положение основных гармоник симметричной, крутильной и обертонов антисимметричной моя. Если, например, один из пиков одной моды нак-. ладывается на пик другой моды, то с помощью блока 12 перемещается каретка с. блоком 2 преобразователей и устанавливается оптимальная база контроля, значение крторсй засылается в блок 16 управления. .С помощью преобразователя 11 f , Loipv а )-|щ-( 5 . С Лв ь с. f V -частоты обертонов с номерами (С| , 5, с,) со ответственно антисимметричной, симметричной, крутильной нулеBbtx мод нормальных волн; to - длина стержня; ,111 - коэффициент форко. для круглого сечения; F - сила натяженй:я (сжа. тия)} -изгибная жесткость -момент инерции поперечного сеченкя стержня, По этой формуле судят о физико-механических характеристиках стержня По окончании измерения бпак 14 выдает сигнал разрешения на вентиль 15 и значения обертонов и гармоник из блока 10 поступают в устройство 16 В STOW блоке определяются физико-механические -хасактеоистики стержня такие как радиус (In) момента Щ1ерции площади попереч- . аого стержня, модуль упругости Е, маееа стернщя (hr), модуль сдвига ( G всих ) относительные продольная (С. ) И по перечная (v ) деформаций н кс ффициент Иуассша ( Л %иА ) Эти параметры рассчйтьюаются по следующим формулам J г 5 jT -ГС d f9 Л r.rftM-|S4 T§-|-|Ji ,

И блока 12 можно проиэ,Бодить ссемещениа резонансных пиков, например, симметричной и антисимметричной мод с целью упрощения опе -лдий измерения. По окончания процесса установления оптимальной базы, контроля блок 12 Ьыдает разрешающий сигнал на ключевой элемент 15 и 16 значение обертонов и гармоник из блока памяти и значения номеров обертонов из комплексного преобразователя 11 поступают в блок 14 определения жесткости, в котором определяется изгибная жесткость поперечного сечения стержня (ЕУ), значение которой засылается в блок 16 управления, где и рассчитывается по формуле-(г ш-а-.Ьч%1. I) Е sj ±:( 4е Vfd/ (. WKi;) F - действующая на cnnajд - абсолютная величгош, продольной деформации стержня; Air- - абсолютная ;величина,поперечной деформации стержня; (радиус момента Ю1ерции, при раз, личных FH и Р2 мгл 81( U/J I о определении ряда искомых харакгетиЕ изделия блок 16 управления BHJWсигнал в блок 17 регистрации и происит изменение силь деформации .изделия. еописанный процесс повторяется занопри новом сначенйи силы деформадии, Огметвм,, что элементы с Ю по 16 ойства могут представлять единое вььчислигельное устройство и выделены особо. Формула изобретения 1, Ультразвуковой способ определения физико-механических характеристик тонких стержней, заключающийся в том, что в изделии с боковой его поверхности на участке контроля заданной величины возбуждают симметричную, антисимметричную и крутильную нулевые моды нормальных волн и измеряют один обертон антисимметричной н основные гармоники симметричной икрутильной мод, отличающийся тем, что, с цепью обеспечения неразрушающего контроля, расщирения технических возможностей, повышения производительности, упрощения и увеличения точности измерений физико-механических характеристик стержней, к стержню прикладываются последсвательно не менее двух сил продолльной деформации и при каждом значении силы дополнительно огфедепяют еще не-ме- нее одного значения обертона антисимметричной моды, огфеделяют отнощение оберто нов и рассчитывают граничные условия и номер обертона, затем, с учетом размера кс«тролируемого участка и сил продольной деформации, рассчитывают изгибную жесткость поперечного сечения стержня (по которой судят о физико-механических характеристиках стержня;. 2. Устройство для осуществления спо. -. - соба определения физико-механических характеристик тонких стержней, содержащее приемный н возбуждающий блоки преобразо вателей, частотомер, последовательно соединенные фазометр, усилитель-синхрокизатор и генератор вьшужденных колебаний одни из выходов которого связан с чабтотомером, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным приемным блоком, установленным на регулируемой базе, уаравляемым коммутатором, входы KOTiporo связаны с выходами преобразователей, а выходы с фазометром, блоком регистрации, коммутатором, входы которого связаны, с вькодом генератора вьшужденных колебаний, гфиемными и возбуждающими блоками и угфавпяющим блоком, а выход - с фазометром, соединенными последовательно задающим силовым блоком, .блоком памяти. Первым ключевым элемен ом и управляющим блоком, выход которого связан с блоком регистрации и входом задающего силоЪаго блока, включенными между кйми и вторым выходом блока памяти, последовательно соединенными комплексным преобразователем, вторым ключевым элементом и блоком огфеделения жесткости, второй вход ключевого элемента соединен с первым выходом памяти, блоком установки базы контроля, вход которого связан со вторым выходом блока селекции, первый выход - со входом, приемного блока преобразователей, а второй выход - с третьим входом управляющего блока, излучающий блок преобразователей установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно приемных блоков. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Латишенко В. А. Диагностика жесткости и прочности материалов/Рига, Зинатне, 1968, с. 92-137, 2. Заявка № 2463574/2S, кл. G О1 N 29/04,17.03.77 (прототип). i-P-T3aV,P.5-Но, A-l-Ruof Rev 5С1-lv B l UYn.44, 4-7в-481,1973 ,ft/24, (прототип).