Способ определения анизотропии упругих свойств материала и устройство для его осуществления

 

И:зобретение относится к акустическим методам исследования упругих свойств материалов. Целью изобретения является расширение области применения эй счет измерения пространственной анизотропии. Наклонно облучают ультразвуковыми (УЗ) колебаниями погруженную в иммерсионную среду плоскопараллельную пластину образца и принимают про шедшие через нее УЗ колебания, Измеряют расстояние между точкой выхода УЗ колебаний из образца и пересечением акустической оси излучающего преобразователя с донной поверхностью образца и время между моментами излучения и приема . В ходе измерений описывают акустической осью излучающего преобразователя конус с вершиной в точке вода при различных углах ввода в (Образец. С помощью измеренных параметров определяют скорость распространения УЗ колеба (Л ний в материале ных направлениях, рости определяют образца в задана с помощью скоанизотропию упругих свойств. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) 01) 51)5 С 01 N 29/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30.09.91. Бюп. Р 36 (21) 4069393/28 (22) 13.03.86 (72) Е.А.Попов, В.В.Гребенников и В.А.Власов (53) 620.179.16(088,8) (56) .Proceedings of the specialist s

meeting on relialilety of the ultrasonic inspection of austenitic materials, Brussels, Belgium 29-30, Мау, 1980, р.р. 25-40, CSNI REPORT

Р 46 °

Патент США У 4499770, кл. G OI N 29/00, 1985.

Патент США У 4106327, кл. G 01 N 29/00, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДКЛКНИЯ АНИЗОТРОПИИ

УПРУГИХ СВОЙСТВ ИАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к акустическим методам исследования упругих свойств материалов. Целью изобретения является расширение области применения за счет измерения пространственной анизотропии, Наклонно облучают ультразвуковыми (УЗ) колебаниями погруженную в иммерсионную среду плоскопараллельную пластину образца и принимают про" шедшие через нее УЗ колебания.

Измеряют расстояние между точкой выхода УЗ колебаний из образца и пересечением акустической оси излучающего преобразователя с донной поверхностью образца и время между моментами излучения и приема. В ходе измерений описывают акустической осью излучающего преобразователя конус с вершиной в точке вода при различных углах ввода в образец. С помощью измеренных параметров определяют ско" рость распространения УЗ колебаний s материале образца в заданных направлениях, а с помощью скорости определяют анизотропию упругих свойств. 2 с,п. ф-лы, 3 ил.

1387654

С а (R sin3-h sinS) + - †††(-t)+2R sih

tgg h-совк

С Со где В - расстояние от эффективного 30 образованной акустической осью АВ паакустического центра прием- дающей УЗ волны и нормалью 1Г к поного преобразователя до точ- верхности образца, совпадающей с его ки пересечения его акусти-, осью вращения. Акустическую ось.AS ческой оси с ближайшей по- падающей волны последовательно расверхностью образца; полагают по образующей конуса, об-.

3 — угол между акустическими разованного вращением акустической осями излучающего и приемно- оси АВ вокруг оси вращения Г образца го преобразователей: на заданный. дискретнЫй угол . Угол

h — толщина образца; д при вершине конуса последовательно — угол между акустической осью 40 йэменяют от нулевого до угла, обеспеизлучающего преобразователя чивающего исчезновение scex òèïîâ и перпендикуляром к поверх- йреобраэованных волн. При этомфиксиности образца; руют расстояние Ц от эффективного

С - скорость распространения аку- акустического центра A преобразоватеа стических колебаний в про- ля до точкй ввода В УЗ волны в обра" межуточной среде; зец. Для каждого измерения времени Ф вЂ” время между моментами излу- между излучением и приемом УЗ волн о чения и приема импульса аку- определяют направление максимального стических колебаний при сов- переизлучения в плоскости аЪш1 путем падении акустических осей . приема преобразованных в образце преобразователей в отсутст- сигналов преобразователем, эффектив50 вин образца. ный акустический центр U преобразова"

Анизотропию упругих. свойств мате- теля и акустическая ось SU которого риала определяют по скорости С рас- лежат в плоскости ФЬш1, вращением пространения акустических колебаний. его на угол е относительно точки ввоХод лучей акустических, например, 55 да В в плоскости abml при фиксированультразвуковых (УЗ) колебаний про- ном расстоянии R от эффективного акуиллюст ирован на фиг. l. Образец об- стического центра U преобразователя лучают УЗ волной в плоскости abml, до точки ввода В. Кроме того, для с

Изобретение относится к акустическим методам исследования упругих свойств материалов и может быть использовано прн определении аниэотроI пии упругих свойств материалов, например металлов, Целью изобретения является расширение области применения и расширение функциональных возможностей за счет измерения пространственной аннзотропии.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа определения анизотропии упругих свойств материала; на фиг. 2 — устройство для определения анизотропии упругих свойств материала; на фиг, 3 — держатель образца устройства.

Способ определения аниэотропии упругих свойств материала заключается в следующем. Излучающий преобразователь устанавливают так, чтобы его: акустическая ось располагалась под углом к поверхности образца. Излучают этим преобразователем импульс акустических колебаний в промежуточную

5 среду в направлении плоскопараллельного образца материала и принимают прошедшие через образец колебания другим преобразователем. Определяют точ" ку выхода колебаний иэ образца и иэ10 меряют расстояние S между точкой выхода колебаний иэ образца и пересече" вием акустической оси излучающего преобразователя с данной поверхностью образца и время t между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний. В ходе излучения по« ворачивают излучающий преобразователь таким образом, чтобы его акустическая ось описывала конус с вершиной в точ" ке ввода и изменяют угол наклона к поверхности образца. Скорость С распространения акустических колебаний в материале образца определяют по формуле! 387654 каждого измерения определяют направление максимального переиэлучения в направлении t UD/=Á, перпендикулярном плоскости abml.

Устроиство для определения ани-, 5 зотропии упругих свойств содержит ванну 1 с иммерсионной жидкостью, погруженные в нее и направленные друг навстречу другу излучающий 2 и приемный 3 преобразователи и расположенный между преобразователями держатель 4. Устройство также содержит . основной механизм 5 поворота держателя 4 вокруг оси, перпендикулярной акустической оси приемного преобразователя 3, дополнительный механизм

6 поворота держателя 4 вокруг оси, перпендикулярной оси вращения держателя 4 основным механизмом 5 поворота, и механизм 7 перемещения излучающего преобразователя 2 в плоскости, параллельной оси .вращения держателя

4 основным механизмом 5 поворота и перпендикулярной оси вращения держа" теля 4 дополнительным механизмом 6 поворота. 11риемный преобразователь 3 установлен с воэможностью поворота вокруг оси вращения держателя 4 основным механизмом 5 понорота. Кроме того, устройство содержит корпус 8, механизм 9 вертикального перемещения преобразователя 2 относительно корпуса 8 и механизм 10 вертикального перемещения,преобразователя 3 относительно корпуса 8. Держатель 4 выполнен в 35 виде кольца, внутренняя поверхность которого представляет собой конус с углом при вершине Р, выбранном иэ условияуь arcsin(C /С-). Ось поворота держателя 4 относительно корпуса 8 40 механизмом 5 считается главной осью устройства.,Позицией 11 на фигурах обозначен образец из исследуемого материала.

Способ измерения анизотропии упру- 45 гих свойств материала осуществляется

8 ходе работы Устройства следующим образом.

Образец 11 .в виде плоскопараллель.ной пластины, например, толщиной З.мм 5п и диаметром 30 мм из материала 12Х18Н10Т крепится в держателе 4 и помещается в ванну 1 с контактной жидкостью, выполняющей роль промежуточной среды. Ось механизма 6 поворо--ЭЗ та располагают в одной плоскости с главной осью устройства и перпендикулярно ей так, что главная ось устройства лежит на внешней поверхности образца I l и ось механизма 6 поворота совпадает с нормалью к центру нцсшцсй поверхности образца 11. Вращая держатель 4 относительно главной оси устройства механизмом 5, добинаются коллинеарности акустической оси преобразователя 2 и нормали к центру ннешцей поверхности образца 11. После этого механизмом 9 перемещают преобраэонатель. 2 н плоскость, перпендикулярную главной оси устройства и содержащую нормаль к внешней поверхности образца II а затем с помощью механизма

7 совмещают с осью вращения механнзМа 6 и фиксируют расстояние от Irpeo6раэователя 2 до.внешней поверхности образца 11. Приемный преобразователь

3 устанавливают при помощи механизма

10 в плоскость, перпендикулярную главной оси устройства и содержащую акустическую ось излучающего преобразователя 2, так, чтобы акустические оси преобразователей 2 и 3 совпадали, и фиксируют при этом расстояние от приемного преобразователя:3 до главной оси устройства. Удаляют образец 11 и измеряют время 1 прохождения УЗ волн для выбранного типа колебаний от излучающего до приемного преобразователей без образца 1! ° Затем последний вновь устанавливают в держателе 4. В качестве преобразователей 2 и 3 используют, например, пьеэопластины из ЦТС-!9 диаметром

8 мм на частоту 5 11Гц. Преобразователи 2 и 3 соединены блоком аппаратуры (не показан), например излучающий преобразователь 2 соединен с блоком генератора УЗ дефектоскопа УД-! ОУА,А, а приемный преобразователь 3 — с измерителем временных интервалов И2-26.

Акустическую ось излучающего преобразователя 2 последовательно с sao данным шагом, например от до 15 располагают по образующей конуса, поворачивая относительно оси механизма

6 поворота на угол 2I, причем ось конуса нормальна к поверхности образца и совпадает с его осью вращения, а угол М. при вершине последовательно изменяют, например, с шагом от I до о

3 „ вращая держатель 4 относительно главной оси устройства от нулевого угла до углаМ„,„„, обеспечивающего исчезновение всех типов преобразованных волн. Для каждого измерения определяют направление максимального переиэлучения, посредством нращения приемного преобразователя 3 вокруг

1387654 6

C-I (R. sinS-h sinet) --» + †††(t -t)+2R sin

%gal h-cosa сС. С, глапной оси устройства нэ перэоначяльного положения, определяемого совпадением акустической осн преобразователя 3 и осью поворота механизма 6, фиксируя при этом угол 8, на

5 который поворачивается преобразователь 3 иэ начального положения. После этого перемещением преобразователя 3 при помощи механизма IO îïðåделяют направление максималЬиого пегде R — расстояние от эффективного акустического центра 11 при емного.преобразователя 3 до. точки пересечения его акустической оси с поверхйостью образца 11;

3 — угол между акустическими осями преобразователей 2 и 3 т.е. угол максимального пере». излучения в плоскости abml;

h — толщина образца II;, — угол между акустической осью излучающего.преобразонателя

2 и перпендикуляром к поверхности образца II в точке ввода;

С, — скорость распространения Уз 55 колебаний н иммерсионной, жидкости, заполняющей йанну 1; — время между излучением и приемом иэ волны в плоскости 10 аЪпй в отсутствии образца 11 при условии совпадения акустических осей преобразователей 2 и 3;

Б . - расстояние, на которое сме- 45 щается эффективный акустический центр U преобразователя, 3 перпендикулярно плоскости

abml, Соответствующие модули G ..упругос- 5р ти вычисляются по формуле

Е -р.С, 1 где Р— плотность материала образца 11, 55

По разнице скоростей распространения продольной УЭ волны в образце 11, l реизлучения в направлении параллельном главной оси устройства, фиксируя при этом смещение второго преобразователя относительно его начального положения. Время С прохождения каждого типа преобразованных колебаний контролируют раздельно. Скорость распространения УЗ колебаниИ в мате- . риале образца 11 для заданного направления- определяют по формуле при различной его ориентации определяют аниэотропию модуля 10нга стали

I2XI8HI0T.

Формула изобретения

I. Способ определения анизотропии упругих снойств материала, заключающийся в том, что излучают преобразователем импульс акустических колебаний в промежуточную среду в направлении плоскопараллельного образца материа-. ла, принимают прошедшие через образец колебания другим преобразователем, определяют точку выхода колебаний из образца, измеряют расстояние S мвжду точкой выхода колебаний иэ образца и пересечением акус гической оси излу-, чающего преобразователя с донной поверхностью образца и с помощью измеренного параметра определяют аниэотропию упругих свойств материала, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения эа счет измерения пространственной анизотропии, акустическую oem излучающего преобразователя распола" гают под углом к поверхности образца, н ходе излучения поворачивают излучающий преобразователь так, чтобы его акустическая ось описывала конус с вершиной н точке ввода и изменяют угол наклона..к поверхности образца, дополнительно измеряют время t между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний, определяют скорость С распространения акустических колебаний в материале образца по формуле

1387654

8 sillf-h Б11М (-- +» ссз с

c= л соя (Б э п8„,;„) Е- + -- — -"- (С.— )+ Р -i 2

С Со ержащее ванну с иммерсионной жидгде R - расстояние от эффективного сод погруженные в нее направле накустического це р ент а прием- костью, погр о точ- ные друг навстр встречу другу излучающий ного преобразователя до т

10 и приемно прео р

Ъ б аэователи располоУ ки ввода женный между преобразователями держаием- тель образца и механизм поворота дерб ного преобразователей; кулярнои акусти чесгой оси приемного

h - толщина образца; б азователя о т л и ч а ю щ ею6 — угол между акустической излучающего пр п еобразователл ф ональных воэможностей, оно ом к поверх- функцио и перпендикуляром к снабжено доло б.,ополнительным механизмом ности образца, поворота держателя образца вокруг пе iп ной оси apameaas . о акустических кол ебаний в gg оси перпенди держателя о раз бразца основным механизмом промежуточной среде; механизмом перемещения нэизлу- поворота, меха

- время между моментами о са ак — лучающего прео еобразователя в плоскосриема осей 21 теля о разца о падений акустических осеи ендикулярной оси вращеователей в отсутст- ворота н перле преобразователе в о ержателя образца дополнительным вино р зц, змом поворота, а приемный пр— еа аниэотропию у р ию п угнх свойств матери- механизмом по

С асп о- образователь у

С б . тель установлен с возможноала Ьпределяют по скорости С р р та вок г оси вращенияк колебаний. странения акустических коле а держателя о раэца о б ца основным механизмом

2. Устройство для определения анииала поворота. эотропии упругих свойств матери

1387654

1 387654

Составитель С.Волков

Редактор М.Стрельникова Техред ll.Îëèéíûê

Корректор А.Тяско

Тираж

ЙНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 3730

Подписное

Лронвводственно-полиграфическое предприятие, r. Умгород, ул. Проектн