Ультразвуковой способ измерениямодуля юнга

Союз Совет сникСоцкалисткческнкРеслублнк ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 815614 61) Дополнительное к авт, с(22) Заявлено 07.05,79 (2 с присоединением заявки,% 763987/25-1 л.О удерстеекнык кюквтет СССР 3) Р риоритет - Опубликовано 23,03.83- Бюллете в делам кзобрвтвккк к вткрктвкта опубликования описания 25.03,81(72) Авторы изобретения Н. Яковкин и В. К, Харчен обдем прочности краи ти) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СМОДУЛЯ ЮНГ Б ИЗМЕРЕНИ це, который позволяет получить точнуювеличину модуля Юнга, если цля цанногоматериала известно точное значение коэф.фициента Пуассона 2,Оцнако коэффициент Пуассона берут изсправочных цанных цля исслецуемого материала, что может привести к большимошибкам, поскольку незначительные изме-нения коэффициента Пуассона привоцят кзначительным изменениям поправочногокоэффициента в расчетной формуле.Известен способ определения коэффициента Пуассона, согласно которому измеряют скорости распространения цвухтипов волн: сцвиговой и поверхностной.Для определения точного значения какойлибо из характеристик упругости необходимо произвести измерение цвух независимых скоростей распространения колебаъний 31,Нецостаток способа - малая точностьопределения скоНаиболее блности к прецлаг 15ом Изобретение относится к способам опрецеления характеристик упругости твердых тел по двум скоростям ультразвуковых волн различных типов и может быть использован в лабораториях, в котооых5 изМеряют модули упругости первого и второго рода в образцах металлов, строительных материалов или горных пород, а также при исслецовании изменений модуляЮнга под действием внешних факторов, например, температуры, цавления.Известен способ измерения модуля упругости первого рода (модуль Юнга) по скорости распространения продольныхультразвуковых колебаний 1.Недостаток способа заключается в т что измеренный модуль Юнга имеет значения больше истинного, поскольку не учитывается поперечная цеформация об- . разца, возникающая при распространении продольных колебаний.Известен способ определения модуля Юнга по скорости продольных ультразвуковых колебаний в цилиндрическом образрости поверхностных волн,изким по технической сущаемому является ультразвуковой способ измерения модуля 3 Снга,заключающийся В том, что В цилннцрический образец излучают первичьый импульспродольных колебаний, измериот его время прохожцения вцоль образцаизмеряютскорость распространения продольных исдвиговых волн в образце, и рассчитывают но измеряемым скоростям модульЮнга )4 .Недостатком известного способа является малая точность измерения, что ОбусловленО неВОзможность использованияэхо-импульсного измерения времени задержки ультразвуковых импульсов из мотсутствия отражения от преобразователей, а также тем, что расстояние междуизлучателем и приемником является неопрецеденной величиной и поэтому не может быть измерено достаточно точно,Кроме того, использование специфическихдатчиков, позволяющих проводить измерения оцновременно на процольных и сдвиговых колебаниях, требует больших уровнейэнергии возбуждения, что ведет к нелинейным эффектам и сказывается на временираспространения УЗ импульса,Целью изобретения является повышение точности измерения модуля Юнга путем использования трансформации продольных колебаний в сцвиговые при угле пацения, практически равном прямому.Поставленная цель достигается тем,что в способе измерения модуля Юнга,по которому в цидинцрический образецизлучают первичный импульс продольныхколебаний, измеряют время его прохождения вцоль образца, и рассчитывают модульЮнга, первичный импульс процольных колебаний возбуждают с длиной волны в 1015 раз меньше диаметра образца, измеряют время задержки импульса прошедшегочерез Образец и трансформированного наего боковой поверхности в сцвиговый иобратно в продольный относи ельно первичного импульса, а модуль Юнга рассчитывают по формуле:- время прохождении первичного импульса продольных колебаний вцодь образца;10 4 4- время задержки трансформированного импульса от- НОСИТЕЛЬНО ПЕРВИЧНОГО ИМ" пульса продольных колебаний.На фиг. 1 приведена схема установки ддя измерения прецлагаемым способом, а также картина распространения импульсов УЗ колебаний в образце в лучевом прецставлении, на фиг. 2 - осциллограммыимпульсов, прошедших через образец.Устройство содержит генератор 1 зондируюних импульсов, излучающий преобразоватедь 2 процольных колебаний, исследуемый образец 3 в виде цилинцра, циаметр которого в 10-15 раз больше длины волны, приемный преобразователь 4 продольных колебаний, осциллограф 5 цлянаблюдения импульсов и измерения времени распространения, синхронизатор 6, 20 А - импульс продольных ультразвуковыхколебаний, излученный преобразователем2; А 4- импульс продольных ультразвуковых колебаний после отражения от боковой стенки в точке М (первичный);25- импульс сцвиговых ультразвуковыхколебаний, образовавшийся при трансформации части энергии импульса продольных колебаний А в момент отражения вточке М; В 4- импульс продольных колеЗ 0 баний (вторичный), образовавшийся врезультате трансформации импульса сцвиговых колебаний 6 в момент отраженияв точке й . На фиг, 2 условно обозначены; ЗИ - момент генерации зондирующего импульса; А 4 - первичный ультразвуковой импульс продольных колебаний прямого прохождения;- время его распространения от излучения к приемнику;Б 4 - вторичный ультразвуковой импульс,образовавшийся иэ импульса А: вслед заБ 4 следуют импульсы, образовавшиеся врезультате многократного отражения итрансформации на боковых стенках; время зацержки вторичного ультразвукового импульса относительно первичного;45А- эхо-импульс продольных ультразвуковых колебаний, претерпевший отраженияот преобразователей 4 и 2; В- вторич -ный ультразвуковой импульс, образовавшийся из импульса А 2.50Предлагаемый способ осуществляетсяследующим образом.С помощью преобразователя 2 продольных колебаний в образец 3 через торецизлучают импульс продольных ультразву 5 ковых колебаний (фиг, 1, импульс А).Его распространение сопровождается некоторым расхождением ультразвуковых колебаний и их наклонным падением набоковую поверхность цилиндрическогообразца (с углом падения практически,равным прямому), При этом ультразвуковой импульс продольных колебаний час тично отражается (импульс А 4), и частично трансформируется в ультразвуковойимпульс сцвиговых колебаний (импульс).При наклонном падении сдвигового импульса на боковую поверхность цилиндрического образца (точка М ) происходитего частичное отражение в виде импуль.са сдвиговых колебаний и частичная трансформация в импульс продольных колебаний В( (вторичный). За счет увелйченияпути распространения и распространенияультразвуковых колебаний на части образца с меньшей скоростью происходитзадержка вторичного импульса относительно импульса А, называемого первичным,Первый пришедший к приемному преобразователю 4 ультразвуковой импульс -первичный преобразуется преобразователем в электрический сигнал. Этот импульснаблюдают на экране осциллографа 5, измеряют время от момента излучения зондирующего импульса ЗИ (фиг, 2) ао момента прихода первичного УЗ импульса,равное времени прохождения импульсапродольных колебаний вцоль образца,Вслед за первичным вторичный ультразвуковой импульс достигает приемногопреобразователя 4 и преобразуется им вэлектрический сигнал. На экране осциллографа наблюдают вторичный импульс, измеряют задержку вторичного УЗ импульсаотносительно первичного,Вычисляют модель Юнга по. формуле: плоско-параллельных, торцов, а также возбуждения и приема колебаний через плоскость,перпендикулярную направлению распространения колебаний. Это позволяет исполь зовать эхо-импульсный способ, а такжес большой точностью измерять расстояние, проходимое УЗ импульсом. Во-вторых, способ обладает эксплуатационными удобствами: образец простой формы, 10 т, е, без косых срезов под определенныму,лом, не требуется жидкостной ванныили преобразователей сцвиговых колебаний, (работать с преобразователямн продольных колебаний намного проще, чем 1 с преобразователями сдвиговых колебаний).В третьих, способ позволяет проводитьиспытания в широком интервале темпе- .ратур давлений и внешних полей, сохраняя большую точность измерения модуля 20 Инга.Формула изобретения25 Ультразвуковой способ измерения модуля Юнга, заключающийся в том, что в цилиндрический образец излучают первичный импульс продольных колебаний, измеряют время его прохождения вдоль об3 о разца и рассчитывают модуль Юнга,отличающийся тем,что,с целью повышения точности измерений, первичный импульс продопьных колебаний возбуждают с длиной волны в 10-15 раэ меньше диаметра образца, измеряют время зацержки импульса прошецшего через образец и трансформированного на его боковой поверхности в сцвиговый и обратно в продольный относительно первично О го импульса процольных колебаний, а мо-.дуль Юнга рассчитывают по формуле:гае Е - модуль Юнга;Г - плотность материала образца;- длина образца;О - циаметр образца;- время распространения первичного УЗ импульса;- время задержки вторичногоУЗ импульса относительнопервичного УЗ импульса.Использование предлагаемого способа позволяет во-первых, повысить точность измерения времени распространения ультразвукового импульса продольных колебаний по сравнению с известными способами, основанны:ли на трансформации продольных колебаний в савиговые, за счет наличия- время прохождения черезобразец первичного импульса продольных колебаний;- время задержки трансформированного импульса относительно первичного импульса проаольных колебанийЕ моауль Юнга.815614 Составитель Е, ЛитвиновРедактор М. Ликович Техред М.федорнак Корректор С. ШомаФказ 10 ираж 907 Подписирственного комитета СССРобретений и открытий-35, Раушская наб., д. 4/5 113 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Я 80278, кл, 8 01 К 29/00, 1949,2. Авторское свидетельство СССР Я 122330, кл. Я 01 Я 29/00, 1959,/73ВНИИПИ Госудпо делам и035, Москва, Ж 8 3, Авторское свидетельство СССР М 282721, кл, ( 01 М 29/00, 19704. Авторское свидетельство СССРМ 390433, кл.01 К 29/00, 1972