Акустический способ определения напряжений в твердых средах

П 9) (1 И 3(50 С 01 В 17 04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЙфТМ")Ц р ц мгд: ЪЙЬЯИОТВММ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институтэлектросварки им. Е.О.Патона и Институт механики АН Украинской ССР(54)(57) АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ТВЕРДЫХ СРЕДАХ,заключающийся в том, что посредством приемно-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум направлениямсдвиговые акустические колебания,принимают отраженные внутри объектаакустические сигналы, определяютсоответствующие скорости распространения акустических колебаний, поопределенным в напряженном объектезначениям скоростей сдвиговых ипродольных колебаний определяютначальное значение скорости сдвиговых колебаний и относительные приращения скоростей от их начального значения, по которым судят о ха- . рактеристиках напряжений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения воэможности определения направления действия главных напряжений в средах с большим затуханием акустических колебаний и анизотропных средах и повышения точности определения напряжений, в исследуемый объект, перпендикулярно плоскости действия напряжений, вводят сдвиговые акустические колебания, поляризованные и по третьему направлению, первое направление поляризации выбирают в случае среды изотропной и слабо выраженной анизотропии произвольно,а в случае анизотропной среды - в направлении анизотропии, два других направления поляризации выбирают наклонными к первому под острыми углами, равными по величине и противоположными по знаку, и по измеренным в напряженном объекте значениям скоростей распространения трех сдвиговых колебаний определяют угол наклона одного из взаимно перпендикулярных направлений действия главных напря,жений относительно выбранного первого направления поляризации.Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может найти применение в качестве нераэ. рущающего способа измерения напря;жений, в том числе остаточных, в сварочном производстве, в машиностроении и других отраслях промышленностиИзвестен акустический способ определения напряжений в твердых средах, заключающийся в том, что посредством приемно-передающего акустического преобразователя вво-дят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум направлениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы, определяют соответствующие скорости распространения акустических колебаний, по опредеЛенным в напряженном объекте значениям скоростей сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний и. относительные приращения скоростей от их начального значения, по которым судят о характеристиках напряжений 1.Известный способ не позволяет определить направления действия главных напряжений в материалах с большим затуханием акустических колебаний, где наблюдается только один или два отраженных сигнала. При достаточном количестве отраженных виутри объекта сигналов. способ позволяет определить главные направления лишь в материалах иэотропных, как например, органическое стекло, и в материалах со слабо выраженной начальной анизотропией свойств, как, например, низкоуглеродистые стали при больших толщинах или стали после специальной термической обработки, у которых упругая аниэотропия, вызванная напряжениями существенно преобладает над начальной.В реальных же материалах проявление начальной анизотропии, вызванной например, прсааткой металла, соизмеримо с эФФектом от упругой аниэотропии, вызванной приложенны,ми напряжениями, а в некоторых материалах (титановые сплавы, специальные высокопрочные стали, алюминиевые сплавы, стеклопластики) - существенно преобладает.над послед:- ними, Поэтому при измерении напряжений в таких материалах укаэанным способом главные направления предполагаются известными, Кроме того, из условий обеспечения независимости результатов измерения скорости от амплитуды принятого акустического сигнала в измерительных устройствах для обеспечения способа вво боится автоматическая регулировкаусилия. В результате все отраженные сигналы усиливаются до одного уровня. Поэтому для наблюдения натурального ряда отраженных внутри объекта сигналов необходимо иметь отдельный канал усилия, что усложняет устройство,Цель изобретения - обеспечение 1 возможности определения направления действия главных напряжений в средах с большим затуханием акустических колебаний и анизотропных средах и повышение, точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что согласно акустическому способу определения напряжений в твердых средах, заключающемуся в том, что посредством приемно-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум напряжениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы, определяют соответствующие скоростираспространения акустических колебаний, по определенным в напряженном объекте значениям скоростей сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний и относительные приращения .скоростей от их начального значения, по которым судят о характерис тиках напряжений, в исследуемый объект, перпендикулярно плоскости действия напряжений, вводят сдвиговые акустические колебания поляризованные и по третьему направлению, первое направление поляризации выбирают в случае среды изотропной и слабо выраженной аниэотропии произвольно, а в случае аниэотропной среды - в направлении аниэотропии, два других направления поляризации выбирают наклонными к первому под острыми углами, разными по величине и противоположными по знаку, и по измеренным в напряженном объекте значениям скоростей распространения трех сдвиговых колебаний определяют угол наклона одного иэ взаимно перпендикулярных направлений действия главных напряжений относительно выбранного первого направления поляризации.а 30 35 40 45 50 10 15 20 25 Сущность способа заключается в следующем.Посредством приемно-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные по двум направлениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы, определяют соответствующие скорости распространения акустических колебаний, по определенным в напряженном объекте эна 1044972и.Ч юи коро куст и сдвиговых еских колебаний чениям скоростей сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний и относительные приращения скоростей от их начального значения, по которым. судят о характеристиках напряжений, а для обеспечения возможности определения направления действия главных напряжений в средах 1с большим затуханием акустических колебаний и в аниэотропных средах 10 и повышения точности определения напряжений в исследуемый объект перпендикулярно плоскости действия напряжений вводят сдвиговые акустичЕские колебания, поляризованные и 15 по третьему направлению, первое направление поляризации выбирают, э случае среды изотропной и слабо выраженной анизотропии, произвольно, а в случае анизотропной среды- в н)правлении аниэотропии, два других йаправления поляризации выбирают наклонными к первому под острыми углами, равными по величине и противоположными по знаку, и по измеренным в напряженном объекте значениям скоростей распространения трех сдвиговых колебаний определяют угол наклона одного из взаимно перпендикулярных направлений действия главных напряжений относительно выбранного первого направления .поляризации.,акустических колебаний, поляризованныхв первом направлении,расположенном под неизвестным углом 9 кглавному направлению; 40С (М-с) - скорость сдвиговыхколебаний, поляриэоных в направлении пуглом (Ц-с) к главному направлению, где 4оС- известный уголС ( ) - скорость сдвиговых коклебаний, поляризованных в направленииподуглом (%М.) к главному, где с- тот же известный) где Си Сэх - скорости Распрост нения сдвиговых акустических колебаний, поляризованных в главных направлениях в напряженном объекте.Начальное значение скорости распространения сдвиговых колебаний в объекте определится из зависимости:См(С,)-(Се, (б) а величины и знаки главных напряжений определяются по формулам где - скорость распростране 5 Х 1ния продольных акустических колебаний в напряженном объекте;С - начальная скорость сдви 5говых акустических колебаний;52,6 - искомые главные напряженияД,Ь,(и,К - коэффициенты пропорциональности, которые определяются упругими модуляля второго и третьегопорядков материала.В случае среды иэотропной и слабо выраженной аниэотропии скорость распространения сдвиговых акустических колебаний мало зависит от положения ее плоскости поляризации. Она изменяется главным образом под влиянием действующих в объекте напряжений. Поэтому измеренные.значения скоростей С 9 х(М); С 5 х(Ч-а) и сэх (Ч+о непосредственно подставляются в расчетные формулы (1)-(8) для определения положения главных напряжений и компонент напряжений.В случае аниэотропной среды начальная анизотропия сказывается на величине начальной скорости сдвиговых акустических колебаний. Например, скорости колебаний поляризованных эдол (справления прокаткипоперек могут существенно различаться. Можно говорить о начальной разности скоростей.Ьсо =СО (где С и С - с ст610 с Составитель Н.ДолговаРедактор Н,Стащишнна Техред М.Костик КорректорО. Билак Заказ 7533/38 Тираж 602 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 М ВМ ЙЮФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 поляриэованных соответственно параллельно н перпендикулярнонаправлению прокатки.В таких средах в качестве первого направления поляризации сдвиговых акустических колебаний, которое наклонено под неизвестным углом 4 к главному направлению следует выбирать направление прокатки. Тогда для расчета по Формулам (1)(8) принимаются следующие значения скоростейгС (М) С -асо )с,(Ч- Ц - с,"( )-дс, с,э,С (ММ) - С,"( С) -аС. С,эи о где СЯ измеренная скоростьсдвиговых акустическихколебаний, поляризованных в первом направлении, расположенномпод неизвестным углом У к главному направлению,;в анизотропном телеС (-а - измеренная скоростьсдвиговых акустических 5 колебаний, поляризованных в направлениипод углом минус об кпервому направлению, ви анизотропном теле;С Ы) - измеренная скоростьсдвиговых акустическихколебаний, поляризованных в,направлении под.углом а к первому на-правлению, в аннзотропном теле,Использование предлагаемого способа позволит определить направлениедействия главных напряжений в средах с большим затуханием акустичес .кик колебаний в анизотропных средах.