Способ определения анизотропии упругих свойств материала и устройство для его осуществления

СОЮЗ ССВЕТСНИ 1СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН51) 5 С 01 И 2 о/18ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САН13 6 В. ебеин 8.8)Г СЬе1 еСУГ ацзВе 1 я-40,1 а 1 хзСфзе ц 1 Сгас ша 9-30,НЕРОВТ зрес оГ СЬ Сеп 1 С 1 цш 2 СБИ 1 9977 985 0632 978 А НИЗ ОТРОП И УСТРОЙ(54) СПОСОБ ОПРЕДКЛКНИЯУПРУГИХ СВОЙСТВ ИАТЕРИАЛАСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ(57) Изобретение отностическим методам исслегих свойств материаловретения является расшиприменения эа счет изм тся к акусования упруЦелью изобение области рения простВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) .РгосееЖпкз ошееИп 8 оп ге 1 ха 11воплос хпзресЫоп оСега 3.з, Вгиззе 1 зМау, 980, р.р. 25В 46Патент США У 44кл. 0 О Н 29/00,Патент СЮА У 4кл. О О М 29/00,ранственной анизотропии, Наклонно облучают ультразвуковыми (УЗ)колебаниями погруженную в иммерсионную среду плоскопараллельнуюпластину образца и принимают про"шедшие через нее УЗ колебания.Измеряют расстояние между точкойвыхода УЗ колебаний из образца ипересечением акустической оси излучающего преобразователя с донной поверхностью образца и времямежду моментами излучения и приема. В ходе измерений описываютакустической осью излучающего преобразователя конус с вершиной вточке вода при различных углахввода в образец. С помощью измеренных параметров определяют ско"рость распространения УЗ колебаний в материале образца в заданных направлениях, а с помощью скорости определяют анизотропию упругих свойств. 2 с,п, ф-лы, 3 ил.1387654 Ы 3-Ь з вного приемсью 40ля тич обр ом 5 Изобретение относится к акустическим методам исследования упругихсвойств материалов и может быть использовано прн определении аниэотропии упругих свойств материалов, например металлов,Целью изобретения является расширение области применения и расширениефункциональных возможностей за счетизмерения 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 аниэотропииупругих свойств материала заключается в следующем. Излучающий преобразователь устанавливают так, чтобы его:акустическая ось располагалась под де В - расстояние от эффекти 30акустического центраного преобразователя до точки пересечения его акустической оси с ближайшей по"верхностью образца;35,3 - угол между акустическимиосями излучающего и приемного преобразователей:Ь - толщина образца;Ы - угол между акус еской оизлучающего пре азоватеи перпендикуляр к поверхности образца;С - скорость распространения акуюстических колебаний в промежуточной среде;- время между моментами излуочения и приема импульса акустических колебаний при совпадении акустических осейпреобразОвателей в отсутствии образца.Анизотропию упругих свойств материала определяют по скорости С распространения акустических колебаний. Ход лучей акустических, например, ультразвуковых (УЗ) колебаний проиллюстрирован на фиг. . Образец облучают УЗ волной в плоскости аЬпй.,углом к поверхности образца. Излучают этим преобразователем импульс акустических колебаний в промежуточнуюсреду в направлении плоскопараллельного образца материала и принимаютпрошедшие через образец колебания другим преобразователем. Определяют точ"ку выхода колебаний иэ образца и измеряют расстояние Б между точкой выхода колебаний иэ образца и пересече" вием акустической оси излучающего преобразователя с данной поверхностьюобразЦа и время 1 между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний. В ходеизлучения поворачивают излучающий преобразовательтаким образом, чтобы его акустическаяось описывала конус с вершиной в точ"ке ввода и изменяют угол наклона кповерхности образца. Скорость С рас"пространения акустических колебанийв материале образца определяют поформуле Собразованной акустической осью АВ падающей УЗ волны и нормалью 1 Г к поверхности образца, совпадающей с его осью вращения. Акустическую ось.АВ падающей волны последовательно располагают по образующей конуса, об". разованного вращением акустической оси АВ вокруг оси вращения Г образца на заданный, дискретньй уголь . Угол с при вершине конуса последовательно изменяют от нулевого до угла, .обеспечивающего исчезновение всехтипов йреобраэованных волн. При этом 4 иксируют расстояниеот эффективного акустического центра А преобразователя до точкй ввода В УЗ волны в обра" зец. Для каждого измерения временимежду излучением и приемом УЗ волн определяют направление максимального ;переизлучения в плоскости аЬпВ. путем приема преобразованных в образце сигналов преобразователем, эффективный акустический центр 0 преобразова" теля и акустическая ось БО которого лежат в плоскости ФЬЮ, вращением его на угол 8 относительно точки ввода В в плоскости аЬш 3. при фиксированном расстоянии В от эффективного аку" стического центра 0 преобразователя до точки ввода В. Кроме того, длякаждого измерения определяют направление максимального переизлучения внаправлении /ЛИ=Я, перпендикулярномплоскости адпй .Устроистно для определения ани-,5зотропии упругих свойств содержитванну 1 с иммерсионной жидкостью, погруженные в нее и направленные другнавстречу другу излучающий 2 и приемный 3 преобразователи и расположенный между преобразователями держатель 4. Устройство также содержит. основной механизм 5 поворота держателя 4 вокруг оси, перпендикулярнойакустической оси приемного преобразователя 3, дополнительный механизм6 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 держателя4 основным механизмом 5 поворота иперпендикулярной оси вращения держателя 4 дополнительным механизмом 6поворота. 11 риемный преобразователь 3установлен с воэможностью поворотавокруг оси вращения держателя 4 основным механизмом 5 понорота. Крометого, устройство содержит корпус 8,механизм 9 вертикального перемещенияпреобразователя 2 относительно корпуса 8 и механизм 10 вертикального перемещения,преобразователя 3 относительно корпуса 8, Держатель 4 выполнен в 35виде кольца, внутренняя поверхностькоторого представляет собой конус суглом при вершине Р, выбранном иэ условияуь агсзхп(С /С ). Ось поворотадержателя 4 относительно корпуса 8 40механизмом 5 считается главной осьюустройства.,Позицией 11 на Фигурахобозначен образец из исследуемогоматериала.Способ измерения анизотропии упругих свойств материала осуществляетсяв ходе работы Устройства следующимобразом,Образец 11 .в виде плоскопараллель.ной пластины, например, толщиной З.мм 50и диаметром 30 мм из материала12 Х 8 Н 10 Т крепится в держателе 4 ипомещается в ванну 1 с контактнойжидкостью, выполняющей роль промежуточной среды. Ось механизма 6 поворо- -5та располагают в одной плоскости сглавной осью устройства и перпендикулярно ей так, что главная ось устройства лежит на внешней поверхности образца 11 и ось механизма 6 поворота совпадает с нормалью к центру внспшсй поверхности образца 11, Вращая держа" тель 4 относительно главной оси устройства механиэиои 5, добиваются коллинеарности акустической оси преобразователя 2 и нормали к центру ннешней поверхности образца 11. После этого механизмом 9 перемещают преобраэонатель. 2 н плоскость, перпендикулярную главной оси устройства и содержащую нормаль к внешней поверхности образца 11, а затем с помощью механизма 7 совмещают с осью вращения механнзМа 6 и Фиксируют расстояние от преобразователя 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 ко" лебаний от излучающего до приемного преобразователей без образца 11Затем последний вновь устанавливают в держателе 4, В качестве преобразователей 2 и 3 используют, например, пьеэопластины из ЦТСдиаметром 8 мм на частоту 5 МГц. Преобразователи 2 и 3 соединены блоком аппарату" ры (не показан), наприиер излучающий преобразователь 2 соединен с блоком генератора УЗ дефектоскопа УДУА, А, а приемный преобразователь 3 - с измерителем временных интервалов И 2-26. Акустическую ось излучающего преобразователя 2 последовательно с эао данным шагом, например от 1 до 15 располагают по образующей конуса, поворачивая относительно оси механизма 6 поворота на угол, причем ось конуса нормальна к поверхности образца и совпадает с его осью вращения, а угол ю 6 при вершине последовательно изменяют, например, с шагом от 1 доо3вращая держатель 4 относительно главной оси устройства от нулевого угла до углафмакс обеспечивающего исчезновение всех типов преобразованных волн. Для каждого измерения определяют направление иаксииального переиэлучения, посредством вращения приемного преобразователя 3 вокругпри различноют аниэотроп 12 Х 18 Н 10 Т. го ориент модуля 10 н ии определя- стали м у л и я о обрет пругосоответст е модули формуле и вычисляютс плотность мате д остран азце 1 коростей рас УЭ волны в о По разницения продольно глапной оси устройства иэ перэоначяльного положения, определяемого совпадением акустической осн преобразователя 3 и осью поворота механизма 6, фиксируя при этом угол 8, на5 который повОрачивается преобразователь 3 иэ начального положения. После этого перемещением преобразователя 3 при помощи механизма 10 опре" деляют направление максималЬного пеБ - расстояние от эффективногоакустического центра У приемного.преобразователя 3 до.точки пересечения его акустической оси с поверхйостьюобразца 11;ое - угол между акустическимиосями преобразователей 2 и 3т.е. угол максимального переизлучения в плоскости аЪпй;Ь - толщина образца 11;,К - угол между акустической осьюизлучающего. преобразователя2 и перпендикуляром к поверхности образца 11 в точке ввода;С, - скорость распространения Уз 35колебаний в иммерсионной,жидкости, заполняющей ванну 1;1 - время между излучением и приемом иэ волны в плоскости 1 О аЪш 3. в отсутствии образца 11 при условии совпадения акустических осей преобразователей 2 и 3;, - расстояние, на которое сме" 45щается эффективный акустический центр 0 преобразователя, 3 перпендикулярно плоскости аЪш 3 реизлучения в направлении параллельном главной оси устройства, фиксируя при этом смещение второго пре"обраэователя относительно его началь"ного положения. Время С прохождениякаждого типа преобразованных колебаний контролируют раздельно. Скоростьраспространения УЗ колебаниИ в мате" .риале образца 1 1 для заданного направления определяют по формуле Способ определения анизотропии упругих свойств 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 Б мвжду точкой выхода колебаний иэ образца й пересечением акус 1 гической оси излучающего преобразователя с донной поверхностью образца и с помощью измеренного параметра определяют аниэотропию упругих свойств материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения эа счет измерения пространственной анизотропии, акустическую ось излучающего преобразователя распола" гают под углом к поверхности образца, в ходе излучения поворачивают излучающий преобразователь так, чтобы его акустическая ось описывала конус с вершиной в точке ввода и изменяют угол наклонак поверхности образца, дополнительно измеряют время 1 между моментами излучения и приема импульса акустических колебаний, определяют скорость С распространения акустических колебаний в материале образца по формуле(Б ,1 п Ь з 1 пК) -Я + "(С,-)+2 Р з 1 пС Соержащее ванну с иммерсионной жидгде В - расстояние от эффективного содпогруженные в нее направле накустическо го це рент а прием- костью, погро точ- ные друг навстрвстречу другу излучающийного преобразователя до тг10 и приемньв прео рЪ б аэователи располоФки ввода;женный между преобразователями держаием- тель образца и механизм поворота дербного преобразователей;кулярнои акусти чесгой оси приемногои - толщина образца;б аэователя о т л и ч а ю щ еЖ - угол между акустическойизлучающего при еобразователлф ональных воэможностей, оноом к поверх- функциои перпендикуляром кснабжено долоб. ,ополнительным механизмомности образцаповорота держателя образца вокругС - скоРость РаспРостРаиЯ улярной оси вращения. оакустических кол ебаний в :20 оси, перпендидержателя о разбразца основным механизмомпромежуточной среде;механизмом перемещения нзизлу- поворота, мехаС - время между моментамиоса ак в . лучающего преоеобразователя в плоскосРиемаосей 21 теля о разца опадений акустических осеиендикулярной оси вращеователей в отсутст- ворота и перпепреобразователе в оержателя образца дополнительнымвино р зцзмом поворота, а приемный пр -еаанизотропию у рию п угих свойств матери- механизмом повС асп о- образователь уС б . тель установлен с возможноала Ьпределяют по скорости С р рта вок г оси вращения .к колебаний.странения акустических коле адержателя о раэца об ца основным механизмом2. Устройство для определения анииала поворота.зотропии упругих свойств матери