Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності матеріалів, який полягає у тому, що в зразок матеріалу, виготовлений у вигляді стрижня, випромінюють імпульс поздовжніх ультразвукових коливань, вимірюють час його розповсюдження в матеріалі вздовж стрижня, вимірюють час розповсюдження імпульсу, який утворено при відбитті від бокових граней зразка і розповсюджується з першою поперечною швидкістю, і по його значенню розраховують характеристики пружності , який відрізняється тим, що зразок виготовляють із кристала кубічної симетрії у вигляді стрижня прямокутного перерізу, товщина якого обмежується площинами орієнтації (10), а ширина - площинами орієнтації (001), відношення ширини зразка до товщини вибирають від 1,0 до 1,5, імпульс поздовжніх коливань випромінюють у напрямку [110], окремо спостерігають імпульси, що пройшли товщину і ширину зразка, додатково вимірюють час затримки вторинного імпульсу, що пройшов ширину зразка з другою поперечною швидкістю, відносно первинного імпульсу і враховують його при розрахунку  характеристик пружності.

Текст

Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності матеріалів, який полягає у тому, що в зразок матеріалу, виготовлений у вигляді стрижня, випромінюють імпульс поздовжніх ультразвукових коливань, вимірюють час його розповсюдження в матеріалі вздовж стрижня, вимірюють час розповсюдження імпульсу, який утворено при відбитті від бокових граней зразка і розповсюджується з першою поперечною швидкістю, і по його значенню розраховують характеристики пружності , який відрізняється тим, що зразок виготовляють із кристала кубічної симетрії у вигляді стрижня прямокутного перерізу, товщина якого обмежується площинами орієнтації (1 1 0), а ширина - площинами орієнтації (001), відношення ширини зразка до товщини вибирають від 1,0 до 1,5, імпульс поздовжніх коливань випромінюють у напрямку [110], окремо спостерігають імпульси, що пройшли товщину і ширину зразка, додатково вимірюють час затримки вторинного імпульсу, що пройшов ширину зразка з другою поперечною швидкістю, відносно первинного імпульсу і враховують його при розрахунку характеристик пружності О Винахід відноситься до способів визначення характеристик пружності твердих тіл по швидкостям ультразвукових пружних хвиль різних типів і може бути використано в лабораторіях, що займаються вивченням пружних властивостей монокристалів різних твердих тіл, які мають кристалічну решітку кубічної симетрії', а також при дослідженні їх змін під дією ЗОВНІШНІХ факторів, наприклад, температури, тиску Відомий спосіб визначення модулів пружності кристалів кубічної симетрії (Дьелесан Э И др "Упругие волны в твердых телах" М Наука, 1982, с 159-164 ), при якому роблять два зразки певної різної орієнтації, в першому зразку визначають швидкості поздовжньої і поперечної пружних хвиль по співпадаючому напрямку, в другому зразку визначають швидкість квазіпоперечної хвилі і по результатам вимірів, використовуючи попередньо визначені розміри зразків і ЩІЛЬНОСТІ матеріалу, розраховують три МОДУЛІ ПРУЖНОСТІ С и , С44ТЭ С-І2 Недолік відомого способу полягає в тому, що необхідність використання двох зразків збільшує похибку визначення модулів і суттєво стає на перешкоді вивчення впливу ЗОВНІШНІХ впливів на характеристики пружності Найбільш близьким по технічній суті до даного винаходу є ультразвуковий метод вимірювання модуля Юнга (Авторське свідоцтво СРСР №815614, кп GO1 N29/00, 1980 р (прототип)), при якому в циліндричний зразок ізотропного матеріалу випромінюють первинний імпульс поздовжніх коливань, формують вторинний імпульс за рахунок відбиття частини первинного імпульсу від бокової поверхні зразка, якій проходить частину зразка зі швидкістю поперечних пружних хвиль, вимірюють час затримки первинного і вторинного імпульсів і по результатам вимірів розраховують модуль Юнга Перевага цього способу полягає в використанні тієї ж пари датчиків поздовжніх коливань для випромінювання і приймання сигналів, що містять інформацію про швидкості поперечних і поздовжніх пружних хвиль Це дозволяє випромінювати та приймати сигнали за допомогою рідинного контакту ю ю ю 55549 Недолік відомого способу полягає в тому, що його неможливо використовувати для анізотропних матеріалів, в тому числі для монокристалів, оскільки вторинний імпульс, що утворюється при трансформації на циліндричній боковій поверхні, формується з багатьох компонентів, що розповсюджуються по різних напрямках поперечних пружних хвиль, тобто розповсюджуються з різними швидкостями, що в остаточному результаті приводить до розмиття фронту вторинного імпульсу і робить марним спостереження вторинного імпульсу Крім того, в кристалах кубічної симетрії необхідно визначати додатково швидкість розповсюдження третьої пружної хвилі, що за допомогою вказаного способу неможливо зробити Відомий спосіб не дозволяє визначити дві швидкості поперечних пружних хвиль, навіть, у випадку заміни стрижня круглого перетину стрижнем прямокутного перетину та довільної орієнтації орієнтації (110) прижимають випромінювач поздовжніх пружних хвиль, в центрі грані Q прижимають приймач поздовжніх пружних хвиль Між випромінювачем і зразком, а також між зразком та приймачем наносять контактну рідину Випроменена крізь грань Р (площина (ПО)) ультразвукова пружна хвиля розповсюджується вздовж осі зразка злегка розбігаючись Для процесу розповсюдження в даному випадку характерна наявність як компонент пружної хвилі, які приходять до дальньої грані зразка після трансформації поздовжніх пружних хвиль в поперечні на бокових гранях, так і компонент без трансформації Пояснення проводяться з використанням умовно виділених із пружних хвиль трьох променів, що виходять із точок А, В, С, передньої грані Р ( 1 Ю ) , а ширина - площинами орієнтації (001), відношення ширини зразка до товщини вибирають від 1,0 до 1,5, імпульс поздовжніх коливань випромінюють у напрямку [110], окремо спостерігають імпульси, що пройшли товщину і ширину зразка, додатково вимірюють час затримки вторинного імпульсу, що пройшов ширину зразка з другою поперечною швидкістю, відносно первинного імпульсу і враховують його при розрахунку пружних характеристик Опис процесу визначення модулів пружності у ВІДПОВІДНОСТІ з пропонованим способом ілюструється малюнком, який пояснює вибір орієнтації зразка та трансформацію поздовжніх пружних хвиль в поперечні та навпаки, -фіг1, схемою електроакустичного тракту - фіг 2 та осцилограмами ультразвукових імпульсів -фіг З На фіг 1 зображено зразок, вирізаний із кристалу кубічної симетрії Товщина b Промінь ААі відповідає розповсюдженню квазіпоздовжньої хвилі вздовж осі зразка з найбільшою швидкістю Vi Реально в складі ультразвукового імпульсу, що відповідає даній хвилі, наявні компоненти квазіпоздовжніх пружних хвиль, які відбилися від бокових граней та розповсюджуються під малими кутами до осі стрижня Промені ВВі В2В3 і ССі С2С3 відображають процеси формування вторинних імпульсів Спочатку, на ділянках ВВі і ССі розповсюджується первинний ультразвуковий імпульс квазіпоздовжніх пружних хвиль Після відбиття від бокових граней проходить розщеплення первинної хвилі - частина її продовжує розповсюджуватися під малим кутом до площин бокових граней як квазіпоздовжні хвиля (ця компонента на малюнку не показана), друга частина - трансформується в квазіпоперечну, що розповсюджується під великими кутами до бокових граней Промінь В1В2 відповідає розповсюдженню квазіпоперечної хвилі, поляризованої в горизонтальній площині (001) та перетинає товщину зразка з першою поперечною швидкістю V2 Промінь С1С2 відповідає розповсюдженню квазіпоперечної хвилі, поляризованої в вертикальній площині та перетинає ширину зразка з другою поперечною швидкістю Уз Кут відбиття для променя В1В2 дорівнює ф, а для променя С1С2 дорівнює Э Оскільки промені В1В2 та С1С2 лежать в різних площинах, то швидкості ВІДПОВІДНИХ пружних хвиль відрізняються (\/2>\/з), тому і кути відбиття відрізняються (ф>8) Крім того будуть відрізнятися рівняння, що пов'язують значення характеристик пружності зі швидкостями \/гта V3 Промені ВгВзта С2С3 утворюються в результаті вторинної трансформації квазіпоперечної хвилі в квазіпоздожню при нахильному падінні на ВІДПОВІДНІ бокові грані Без такої вторинної трансформації прийомний п'єзоперетворювач не зареєструє квазіпоперечної хвилі обмежується площинами (1 Ю ) , які проходять під кутом 45° до осей ОХ та ОУ Ширину а обмежують площинами (001), тобто паралельні площині ХОУ Довжину 1 обмежують площини (110), позначені буквами Р та Q, розташовані перпендикулярно бісектрисі кута ХОУ Вісь зразка направлена вздовж [110] Для проведення вимірів в центрі грані Р Представлена на фіг 2 схема електроакустичного тракту має генератор 1 електричних імпульсів, зразок 2, до торців якого закріплені п'єзоелектричні перетворювачі З (випромінюючий) та 4 (прийомний), вимірювач часових інтервалів 5, в склад якого також входить осцилограф Осцилограма ультразвукових імпульсів фіг З В основу винаходу "Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності матеріалів" поставлено задачу розширення області використання при забезпеченні можливості визначення характеристик пружності матеріалів на кристали кубічної симетрії, яка вирішується шляхом того, що в зразок матеріалу, виготовлений у вигляді стрижня, випромінюють імпульс поздовжніх ультразвукових коливань, вимірюють час його розповсюдження в матеріалі вздовж стрижня, вимірюють час розповсюдження імпульсу, який утворено при відбитті від бокових граней зразка і розповсюджується з першою поперечною швидкістю, і по позначенню розраховують пружні характеристики, згідно винаходу зразок виготовляють із кристала кубічної симетрії у вигляді стрижня прямокутного перетину, товщина якого обмежується площинами орієнтації 55549 включає декілька ультразвукових імпульсів, затриманих відносно зондуючого імпульсу ЗІ на різний час Первинний імпульс А з'являється в момент досягнення квазіпоздовжньою хвилею перетворювача 4 По часу його затримки 11 розраховують швидкість Vi Імпульс Ві з'являється в момент приходу вторинного імпульсу, який відповідає траєкторії ВВі В2В3, а імпульс Сі траєкторії ССі С2С3 ВІДПОВІДНИЙ час затримки відносно моменту приходу первинного імпульсу дорівнює І2 та t3 Імпульс Вг утворюється в результаті двох проходжень товщини зразка зі швидкістю поперечної хвилі Затримка його відносно первинного імпульсу дорівнює 2t2 Співвідношення ширини та товщини зразка вибирають таким щоб якнайдалі рознести імпульси Ві та Сі але не допустити перекриття Сі та В2 Виготовлення зразка вказаної орієнтації забезпечує рознесення імпульсів ВІ та С І, коли товщина та ширина рівні (а=Ь) Верхня границя відношення ширини до товщини, тобто 1,5 визначена із розрахунку, в основу якого закладено СПІВВІДНОШеННЯ t3

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for determining elasticity characteristics of materials by using ultrasonic vibrations

Назва патенту російською

Способ определения характеристик упругости материалов с помощью ультразвуковых колебаний

МПК / Мітки

МПК: G01N 29/00

Мітки: визначення, характеристик, спосіб, ультразвуковий, пружності

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-55549-ultrazvukovijj-sposib-viznachennya-kharakteristik-pruzhnosti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Ультразвуковий спосіб визначення характеристик пружності</a>

Подібні патенти