Способ определения анизотропии упругих свойств материалов

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - повышение точности и производительности. В продольном направлении пластины из исследуемого материала возбуждают поперечные ультразвуковые колебания, принимают ультразвуковые колебания двумя размещенными на противоположных поверхностях пластины преобразователями поперечных колебаний с ортогональными направлениями поляризации, у одного из которых это направление совпадает с направлением распространения колебаний. Принятые сигналы подают на входы X и Y осциллографа с частотой развертки, равной частоте ультразвуковых колебаний. Поворачивают преобразователи в плоскости пластины и по совпадению главных осей эллипса суммарного сигнала с осями координат на экране осциллографа регистрируют совпадение направления распространения ультразвуковых колебаний с осью анизотропии, а по отношению размеров главных осей эллипса судят о величине коэффициента анизотропии материала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕ1ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4674353/28 (22) 06.04.89 (46) 23.07.91, Бюл. N. 27 (71) Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (72) С.К,Сулковский (53) 621,179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 777540, кл. G 01 N 3/00, 1979, Авторское свидетельства СССР

М 1428987. кл. 6 01 N 3/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения — повышение точности и производительности. В продольном направлении пластины из исследуемого материала возбуждают поперечные ультразвуковые колебания, принимают

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле.

Цель изобретения — повышение точности и производительности контроля.

На чертеже показана регистрируемая на осциллографе векторная сумма принятых сигналов, поясняющая сущность способа определения анизотропии упругих свойств материалов.

Способ определения анизотропии упругих свойств материалов реализуется следующим образом.

В продольном направлении пластины из исследуемого материала возбуждают в

„„Ы „„1665293 А1 ультразвуковые колебания двумя размещенными на противоположных поверхностях пластины преобразователями поперечных колебаний с ортогональными направлениями поляризации, у одного из которых это направление совпадает с направлением распространения колебаний, Принятые сигналы подают на входы X u Y осциллографа с частотой развертки, равной частоте ультразвуковых колебаний. Поворачивают преобразователи в плоскости пластины и по совпадению главных осей эллипса суммарного сигнала с осями координат на экране осциллографа регистрируют совпадение направления распространения ультразвуковых колебаний с осью анизотропии, а по отношению размеров главных осей эллипса судят о величине коэффициента анизотропии материала, 1 ил. продольном направлении поперечные ультразвуковые колебания. Колебания, проходящие перпендикулярно плоскости пластины, принимают двумя ортогонально поляризованными преобразователями поперечйых ультразвуковых колебаний, размещенными на противоположных поверхностях пластины так, что ось поляризации одного из них совпадает с направлением распространения ультразвуковых колебаний. Сигналы с этих преобразователей после усиления до одинакового уровня подают на соответствующие входы осциллографа, частота развертки которого выбрана равной частоте ультразвуковых колебаний. На экране ос1655293 циллографа наблюдают векторную сумму принятых сигналов в виде эллипса, как показано на чертеже. Поворачивают систему преобразователей в плоскости пластин до совпадения главных осей эллипса с осями 5 координат OX u OY на экране осциллографа, Если с входом Х осциллографа.соединен приемный преобразователь с параллельной направлению распространения 10 ультразвуковых колебаний осью поляризации, то при совпадении большой оси эллипса с осью OX ультразвуковые колебания распространяются вдоль оси анизотропии упругих свойств материала. 15

Таким образом, непосредственно определяется искомый параметр, что повышает точность и производительность измерений. Возможность выполнения указанных операций на образцах сколь угодно малых 20 размеров снижает материалоемкость процесса измерений, Для количественного определения коэффициента К анизотропии на ( экране осциллографа измеряют величины

Аох и Аоу большой и малой осей эллипса соответственно и рассчитывают его по формуле

= co s os t з1 п (ду — дх ) (3) (4) 2(д д

Ax — A" — = 0

А хо Аоу (5) К Аоу

Аох

Направление распространения энергии ультразвуковых колебаний в анизотропных материалах не совпадает с направлением волнового вектора, но on- 35 ределяется тензором упругих свойств ма.териала. В результате прохождение поперечной ультразвуковой волны представляет собой распространение волн вдоль двух осей в наиболее типичном для 40 анизотропных материалов случае волновой поверхности в форме эллипсоида вращения.

Сигналы А, и Ау с приемных преобразователей представляют собой текущие значе- 45 ния величин проекций вектора А на оси координат ОХ и OY в.любой момент т и определяются как

Ах = Apxcos(N t + д x):

Ay = Аоусоз(в t + д y), (2) Формула изобретения

55 где дх и ду- начальные фазовые сдвиги, возникающие при воздействии колебаний с материалом; щ- частота ультразвуковых колебаний.

Для определения взаимосвязи между

А, и Ау исключим из (2) величину в t

А» А

sIn ду — sin дх =

Ах,о .A„о

Ах — cos ду — — — cos дх =

Ахо Ауо

= sIn cu t sIn (ду — дх ), откуда получим уравнение эллипса (,". ) — () — — 2-А — "- cos (д — А ) =

Если исследуемый материал обладает изотропными упругими свойствами, выполняется равенство дх =ду, а уравнение (4) превращается в уравнение прямой которая ориентирована под тем углом, под которым распространяются ультразвуковые колебания по отношению к осям поляризации приемных преобразователей. Если материалу присуща анизотропия упругих свойств, то д, A ду и гл-вные оси эллипса в общем случае не совпадают с осями координат. При повороте преобразователей в плоскости образца до совпадения главных осей эллипса с осями координат достигается распространение ультразвуковых колебаний вдоль оси анизотропии, Для анизотропных материалов, имеющих одну ось симметрии, выполняется условие д„- ду = —, поэтому эллипс

2 описывается уравнением откуда получается выражение (1) для определения коэффициента анизотропии, Способ определения анизотропии упругих свойств материалов, включающий измерение упругих характеристик материала и определение с их учетом искомого парамет1665293

Составитель В.Сорокин

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор В.Данко

Заказ. 2389 Тираж 393 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ра. отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, возбуждают поперечные ультразвуковые колебания в продольном направлении пластины из исследуемого материала, принимают ультразвуковые колебания двумя ортогонально поляризованными преобразователями поперечных колебаний, размещенными на противоположных параллельных направлению распространения ультразвуковых колебаний поверхностях пластины так, что ось поляризации одного из преобразователей совпадает с этим направлением, регистрируют векторную сумму принятых сигналов в виде эллипса на экране осциллографа с частотой развертки, равной частоте ультразвуковых колебаний, 5 поворачивают систему преобразователей в плоскости пластины до совпадения главных осей эллипса с осями координат на экране осциллографа, измеряют величины главных осей эллипса и по их отношению судят о

10 величине коэффициента аниэотропии, а о направлении оси анизотропии — по направлению распространения ультразвуковых колебаний.