Ультразвуковий спосіб визначення навантаження, відповідного умовній границі міцності деревини

Ультразвуковий спосіб визначення навантаження, відповідного умовній границі міцності деревини, при стисканні впоперек волокон в радіальному і тангентальному напрямках, який відрізняє ться тим, що випробування виконують за умови одночасного прозвучування взірця ультразвуковими імпульсами, а умовну границю міцності визначають за збільшенням часу проходження ультразвукового сигналу через взірець. Корисна модель відноситься до деревинознавства та може бути використана для дослідження фізико-механічних властивостей деревини. При стисканні впоперек волокон в радіальному і тангентальному напрямках деревина по-різному чинить опір і деформується таким чином, що не можна визначити максимального значення зовнішнього навантаження [3]. Враховуючи цю особливість згідно [1], [2], СТ СЭВ 389-16 та DIN 52192 визначають умовну границю міцності, що відповідає границі пропорційності між навантаженням і деформацією. Для проведення даного виду випробувань у спеціальний пристрій вмонтовано індикатор для виміру деформації [1], [2]. На взірець діють ступінчастим навантаженням і визначають на кожному ступені укорочення взірця з точністю до 0,01мм. Навантаження здійснюють за допомогою автоматичного привода плавно, без ривків для більш точного вимірювання деформації. Данні реєструють, а потім будують графік залежності "навантаженнядеформація", що дає змогу встановити границю пропорційності. Ординату точки, в якій тангенс кута між дотичною до графіка і віссю навантаження на 50% більший, ніж на лінійній ділянці графіка, приймають за умовну границю міцності. Недоліком відомого способу є тр удомісткість і неточність графічних побудов, затримка в часі проведення вимірювання і отримання остаточного результату. Для виправлення вказаних недоліків пропонується виконувати випробування при одночасному прозвучуванні взірця ультразвуковими імпульсами. Як відомо, швидкість розповсюдження поздовжніх коливань в твердих тіла х становить [4]: E(1- s ) =k E , r (1+ s )(1- 2s ) (1) де: с - швидкість звуку; Е - модуль Юнга; s - коефіцієнт Пуасона; r - щільність тіла; k - коефіцієнт пропорційності. За стандартами ГОСТ 16483.11-72 та ГОСТ 16483.2-70 критерієм досягнення при випробуваннях умовної границі міцності є збільшення тангенсу кута між дотичною до графіка "навантаженнядеформація" і віссю навантаження на 50%: e 1 tg j = = , P E (2) де: tgj - тангенс кута між дотичною до графіка і віссю навантаження; e- деформація; Р - сила навантаження; Е - модуль Юнга. За умови досягнення умовної границі міцності міняється пружність матеріалу, і відповідно до (1), швидкість звуку в матеріалі та час затримки відбитого сигналу при прозвучуванні взірця дефектоскопом чи товщиноміром: t1 E0 tgj1 = = = t0 E1 tgj 0 , 100% + 50% = » 12247 , 100% (3) де: t1 - затримка звуку в матеріалі за умови досягнення умовної границі міцності; (19) UA (11) 35456 (13) U c= 3 35456 4 t0 - затримка звуку в матеріалі на лінійній ділявідбитого сигналу відносно такого ж сигналу на нці графіка "навантаження-деформація"; лінійній ділянці. Ці діаграми зображають екран Е0 - коефіцієнт пружності матеріалу на лінійній дефектоскопа. Реальні ультразвукові прилади: ділянці графіка "навантаження-деформація"; товщиноміри та дефектоскопи, крім аналогового E1 - коефіцієнт пружності матеріалу за умови сигналу на екрані мають можливість цифрового досягнення умовної границі міцності; вимірювання затримки приходу відбитого сигналу та виконують інші допоміжні функції, що можна tgj1 - тангенс кута між дотичною до графіка "навантаження-деформація" і віссю навантаження використати для визначення навантаження поперечної умовної границі міцності. при досягненні умовної границі міцності; На Фіг.2 показано схему можливої реалізації tgj0 - тангенс кута між дотичною до графіка способу. Пристрій навантаження 1 передає зусил"навантаження-деформація" і віссю навантаження ля на взірець 2 через п'єзокерамічний елемент 3 на лінійній ділянці. ультразвукового пристрою 4. Визначення наванЯк видно з (3), затримка звуку в матеріалі при таження, відповідного поперечній умовній міцності, досягненні умовної границі міцності збільшується здійснюється за показами затримки відбитого сигмайже на 22,5 відсотки. За цим критерієм визначаналу безпосередньо під час випробування, а для ється навантаження умовної границі міцності безвимірювання значення цього навантаження викопосередньо під час проведення випробування без ристовують пристрій за [1] та [2], "спеціально" обпобудови графіка та вимірювання деформацій. ладнаний засобами вимірювання сили. Дослідження може проходити скоріше, з меншим Джерела інформації впливом пластичної деформації на результати 1. ГОСТ 16483.11-72; випробування. 2. ГОСТ 16483.2-70. На Фіг.1 показано вид залежності "наванта3. Деревинознавство, Вінтонів І.С., Сопушинження-деформація" у відповідних координатах з ський І.М., Тайшінґер А., РВВ УкрДЛТУ, Львів, відміченими точками Р0 на лінійній ділянці харак2005. теристики та Р1 на рівні умовної міцності. Також 4. Ультразвук, глав. ред. В.П. Голямина, М. наведено часові діаграми з зображенням відбитого Советская энциклопедия. 1979. сигналу у ци х дво х точках. На часовій діаграмі, що відповідає Р1 показано зміщення на 22,5 відсотки Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601