Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов

Использование: для определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что при определении прочностных характеристик полимерных композиционных материалов выполняют измерение скоростей стержневой и крутильной волн в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е, при этом используют прутки длиной, многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности и достоверности определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов.

 

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при ультразвуковом контроле физико-химических, физических и механических характеристик полимерных композитных материалов.

Известен способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов (патент RU 2461820), в основе которого лежит анализ изменений спектра прошедшего импульса в полимерном композиционном материале контролируемого изделия.

Устройство, реализующее указанный выше способ, содержит два ультразвуковых преобразователя, установленных на поверхности контролируемого изделия на заданном расстоянии с той же или с противоположной стороны стенки контролируемого изделия. Устройство работает следующим образом: измеряют спектр импульса, прошедшего в полимерном композиционном материале контролируемого изделия, с учетом которого определяют прочностные характеристики полимерного композиционного материала, при этом, дополнительно, осуществляют возбуждение и прием импульсов ультразвуковых колебаний в полимерном композиционном материале образцов-свидетелей после их изготовления и измеряют спектры импульсов, прошедших в полимерном композиционном материале этих образцов-свидетелей, после чего образцы-свидетели подвергают механическим, тепловым и иным повреждающим воздействиям, имитирующим эксплуатационные нагрузки, повторно возбуждают и принимают импульсы ультразвуковых колебаний в полимерном композиционном материале образцов-свидетелей и измеряют спектры импульсов, прошедших в полимерном композиционном материале этих образцов-свидетелей после повреждающих воздействий, а прочностные характеристики полимерного композиционного материала контролируемого изделия определяют по определенной корреляционной связи.

Недостатками известного способа и устройства, его реализующего, являются: необходимость проведения предварительных исследований на образцах свидетелях и расчета корреляционных зависимостей, сложность реализации, низкая точность измерения.

Кроме того, известен способ определения физико-механических характеристик материалов, заключающийся в том, что на поверхности контролируемого изделия с помощью преобразователя возбуждают упругие колебания, принимают с той же поверхности прошедшие по толщине изделия отраженные эхо-сигналы этих колебаний и по параметрам принятого сигнала определяют пористость, плотность и механические свойства материала изделия, а пористость, плотность и механические свойства материала определяют по полной мощности шумовой компоненты рассеянного назад акустического сигнала, рассчитываемой по формуле где S(ƒ) - измеренный спектр сигнала, отраженного от пор и структуры материала; - сглаженный на интервале Δƒ=ƒmaxmin спектр ультразвукового сигнала; ƒ - частота; ƒmax и ƒmin -границы частотного диапазона.

Возбуждение упругих колебаний осуществляют лазерным оптико-акустическим преобразователем широкополосным сигналом в спектральном диапазоне 0,1÷20 МГц импульсами с энергией 1÷10 мДж, длительностью не более 0,05 мкс и частотой повторения не менее 10 Гц (патент РФ №2214590).

Недостатком данного способа является низкая точность определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов, обусловленная тем, что импульс ультразвуковых колебаний в материале проходит очень малый путь, равный удвоенной толщине объекта контроля. В течение короткого времени прохождения ультразвукового сигнала в контролируемом материале происходит незначительное изменение параметров сигнала, что не позволяет на фоне мешающих факторов получить достаточную (для практического применения этого способа) точность определения прочностных характеристик.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ определения физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов, заключающийся в том, что два преобразователя располагаются на поверхности объекта контроля с одной или с разных сторон контролируемой конструкции на определенном расстоянии друг от друга, с помощью которых возбуждают и принимают импульсы ультразвуковых колебаний и измеряют параметры прошедших в материале сигналов, с учетом которых определяют физико-механические характеристики материала (стандарт Е 1495-94 Американского общества испытаний материалов ASTM).

Недостатками данного способа определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов являются малые точность и достоверность полученных результатов ввиду того, что способ-прототип не позволяет при прозвучивании материала получить информацию со значительных его объемов, что искажает спектральные составляющие, которые несут информацию о структуре материала и при этом не связаны с конструктивными особенностями объекта контроля. Способ-прототип не позволяет также определить значения прочностных характеристик материала, а лишь дает возможность выявить структурные неоднородности, которые определяют физико-механические характеристики материала.

Технической задачей изобретения является создание способа, позволяющего повысить точность и достоверность определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов. Предлагаемый способ и устройство для его осуществления направлены на повышение точности и достоверности измерения при упрощении конструкции.

Задача решена тем, что способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов включает в себя измерение скоростей стержневой и крутильной волны в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е. При этом в измерениях используют прутки длиной многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости.

Положительный технический результат, обеспечиваемый указанной совокупностью признаков, состоит в повышении точности и достоверности измерения акустических скоростей за счет прозвучивания значительных объемов полимерных композиционных материалов, отсутствия дисперсии скорости волны и многообразия ее мод в виду использования продольной и сдвиговой волн в протяженном объекте в виде прутка из полимерных композиционных материалов, отсутствия необходимости регистрации частотных параметров ультразвуковой волны, распространяющейся в полимерных композиционных материалах, в упрощении и удешевлении конструкции устройства, достигаемом за счет отсутствия специальных приспособлений в акустическом блоке, в том числе отсутствие волноводов, контактирующих с преобразователями. Способ осуществляют следующим образом.

Для измерения используют прутки длиной многократно превышающей их диаметр. Прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны значительно большей диаметра прутков. В условиях незначительного затухания и низкой дисперсии скорости импульс отражается от противоположного торца прутка и возвращается в зону излучения и вновь проходит по телу прутка до противоположного торца и обратно. По результатам измерения длины прутка L и времени прохождения импульса по прутку/рассчитывают скорость стержневой и крутильной волны и по известным соотношениям и затем находят модуль сдвига G и модуль Юнга Е.

Пример осуществления способа определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов приведен для 5 партий композитной арматуры разных производителей, представленных прутками длиной 6 м с условным диаметром 8 мм и общим объемом более 1100 шт.

В результате, в соответствии с описанной выше методикой проведения измерений, определены средние скорости стержневой и крутильной волны и соответствующие им значения модуля Юнга Е и модуля сдвига G, (представлены в таблице 1). Расчеты проведены с учетом предварительно измеренной плотности материала композитной арматуры.

Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов, включающий измерение скоростей стержневой и крутильной волн в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е, отличающийся тем, что используют прутки длиной, многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости.



 

Похожие патенты:

Использование: для ультразвукового контроля толщины стенки трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что при перемещении вдоль трубопровода диагностического устройства периодически возбуждают импульсы УЗ-колебаний касательными к поверхности трубопровода колебательными силами в точках акустических контактов приёмно-излучающих элементов, в выбранном интервале времени принимают из этих же точек реализации УЗ-колебаний стенок трубопровода и с помощью совместной обработки принятых реализаций определяют толщину стенки трубопровода и скорость распространения поперечных УЗ-волн в ней.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе результатов теплового контроля при нагружении изделий механическими колебаниями.

Использование: для ультразвукового контроля изделий из композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подачу ультразвуковых волн при помощи преобразователя перпендикулярно контактной поверхности объекта контроля с направлением волны через одну фокальную ось и последующим определением дефекта по времени пробега импульса упругой волны, при этом подача упругой поперечной ультразвуковой волны осуществляется с одной стороны изделия при помощи преобразователя с сухим точечным контактом на заданном участке контроля с одновременной подачей упругой продольной ультразвуковой волны с другой стороны изделия при помощи этого же преобразователя с рабочей частотой обеих упругих волн 300 кГц и последующим определением наличия дефекта в объекте контроля по времени пробега импульса и амплитуде продольной волны.

Использование: для дефектоскопии рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что дефектоскоп содержит связанные между собой управляющий процессор (1) и исполнительный блок (2) и соединенный с ними блок питания (3).
Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии металлических конструкций и сооружений при отрицательной температуре, а именно низкотемпературной контактирующей жидкости (НКЖ), предназначенной для акустического контакта при ультразвуковом неразрушающем контроле рельсов, стрелочных переводов и сварных стыков съемными средствами дефектоскопии при отрицательной температуре атмосферного воздуха.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам и средствам неразрушающего контроля материалов, и может быть использовано для диагностики рельсов и других протяженных объектов железнодорожного пути.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля рельсовых путей. Согласно способу диагностики рельсового пути и синхронизации результатов измерений диагностический комплекс, содержащий средства дефектоскопии и навигации, перемещают по рельсовому пути, обнаруживают стрелочные переводы, сохраняют их метки совместно с данными дефектоскопии в диагностической базе данных рельсового пути.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации магнитных и ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов и определения геометрических размеров изделий на значительных скоростях сканирования.

Использование: для ультразвуковой томографии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвуковой томографии содержит персональный компьютер, соединенный с микроконтроллером, к которому последовательно подключены многоканальный генератор, антенная решетка, многоканальный усилитель, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, при этом устройство дополнительно содержит многоканальный блок вычисления скорости изменения каждого ультразвукового сигнала, подключенный к выходу многоканального усилителя и к входу многоканального генератора, управляемого напряжением, который связан с тактовым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя.

Использование: для ультразвуковой томографии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиление и преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента, сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализации, при этом после преобразования ультразвуковых волн в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки и их усиления определяют скорость изменения каждого электрического сигнала, которую используют для вычисления периода преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды.

Использование: для определения утечек в трубопроводах. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение звуковой волны на концах контролируемого участка трубопровода и определение координаты утечки на указанном участке за фиксированный промежуток времени путем сравнения акустических сигналов, отправленных от места деформации и полученных приемником с разностью по времени, обработку сигналов и их анализ, при этом осуществляют непрерывное измерение звуковых сигналов, посылаемых генератором, по измеренным значениям звуковых импульсов на конце контролируемого участка трубопровода вычисляют отношения между прогнозируемыми и измеренными значениями звуковой волны, при этом способ включает следующие операции: исследование трубопроводной системы звуковыми импульсами, посылаемыми генератором, прием звуковых импульсов, отраженных от места неоднородности и конца трубопровода, анализ полученных звуковых импульсов с использованием двухслойной нейронной сети с прямой передачей данных, определение ложных срабатываний и помех, определение координаты утечки по временной задержке отраженных звуковых импульсов относительно эталона, в результате принимают решение о факте возникновения или отсутствия утечки. Технический результат: обеспечение возможности оперативного обнаружения утечек нефти и нефтепродуктов, включая утечки малого объема, без дополнительного оборудования, энергии и материальных затрат при обеспечении высокой точности, надежности и достоверности измеряемых параметров. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что при определении прочностных характеристик полимерных композиционных материалов выполняют измерение скоростей стержневой и крутильной волн в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е, при этом используют прутки длиной, многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности и достоверности определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов.

Наверх