Акустический способ определения напряжений в твердых средах

 

АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ТВЕРдаХ СРЕДАХ, заключающийся в том, что 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 значениям скоростей сдвиговых и продольных колебаний определяют начальное значение скорости сдвиговых колебаний и относительные приращения скоростей от их начального значения, по которым судят о ха- . рактеристиках напряжений, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности 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 ереды изотропной и слабо выраженной I анизотропии произвольно,a в случае анизотропной среды -. в направлении (О анизотропии, два других направления поляризации выбирают наклоннымик 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (192 (112

3(512 G 01 В 17 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЪЙ 620(д ТВМ2(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3284720/18-28 (22) 28.04.81 (46) 30.09.83, Бюл. Р 36 (72) О.И.Гуща и Ф.F.Махорт (71) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. E.O.Патона и Институт механики AH Украинской ССР (53) 620.179.16(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 493728, кл. G Ot М 29/04, 1971. (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 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 ха- . рактеристиках напряжений, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности 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.

1044972

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 промышленности..

Известен 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, прсасаткой 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 дится автоматическая регулировка

ЗО

50 усилия. 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

1возможности 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 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 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 ан;;эотропии 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

Сущность способа заключается в следующем.

Посредством приемно-передающего акустического преобразователя вводят в исследуемый объект продольные и поляризованные Мо двум направлениям сдвиговые акустические колебания, принимают отраженные внутри объекта акустические сигналы, определяют соответствующие скорости распространения акустических колебаний, по определенным в напряженном объекте эна1044972 с „(ц) с

6Х,2=

С х (С -с . А

С с .

I и t-s lt1. Ñ.) 3 3 2 . с

2 261п 2Ч 51И 2 Ч

60 с06 ЧсОА+ь1и Чйи

61и Ч Ои 2.ч

У (Т -1)

+1. 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

1 с большим затуханием акустических колебаний и в аниэотропных средах 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 средыв направлении 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. .Введем обозначения:

С (Ч) — скорость сдвиговых х, акустических колебаний, поляризованных в первом напраэлении-, расположенном под неизвестным углом 1 к главному направлению; 40

С< (ч-cL) — скорость сдвиговых колебаний, поляризованных в направлении под углом (V- ) к главному направлению, где 4

oL- известный угол.

С (9+<) — скорость сдвиговых кок лебаний, поляризованных в направлении под углом (%+х..) к главному, где с . — тот же известный угол;

Сз„ +1) Свх (М) . Csõ(×)

6Х С,х(Ч-d) Cs«> ) фР()

)(.сОР sin 4+51и 2ч соР, Сэх (Æ с !

7a (+х )+7„(4-h ) где С и С х — скорости распространения сдвиговых акустических колебаний, поляризованных в главных направлениях в напряженном объекте.

Начальное значение скорости распространения сдвиговых колебаний в объекте определится из зависимости:

С;,= > (С; + С9„2)-й Сqy„, (6) а величины и знаки главных напряжений определяются по формулам I где С вЂ” скорость распростране х„ ния продольных акустических колебаний в напряженном объекте;

C — начальная скорость сдви5 говых акустических коле6ctHHA g g,6qq — искомые главные напряжения;

Д,, (,К вЂ” коэффициенты пропорциональности, которые определяются упругими модулями второго и третьего порядков 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 Г9х (М); (VA) и С „ (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 апраэленяя прОкатки

-, n-:"= рек могут существенно различаться МОжнО ГGBQpHTb О началь ной разности скоростей.

rcc, =С

Ir ( где С и С вЂ” скорости сдвиговых

6 акустических колебаний, 1Or

Составитель Н.Долгова

Редактор 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-35, Раушская наб., д. 4/5

М Ю

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 поляриэованных соответственно параллельно н перпендикулярно направлению 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 скоростейг

lf

С () - С -aa»

c,„(Ч-.С) - сЯ (()-ас, с,,, С х.(+ ) СВ (<) аСо Саэ С, и о где С

Я измеренная скорость сдвиговых акустических колебаний, поляризованных в первом направлении, расположенном под неизвестным углом У к главному направлению,; в анизотропном теле

С (() - измеренная скорость сдвиговых акустических

5 колебаний, поляризованных в направлении под углом минус о к первому направлению, в анизотропном теле;

С (ай - измеренная скорость сдвиговых акустических колебаний, поляризован« ных в,направлении под углом а к первому на- правлению, в аннзотропном теле.

Использование предлагаемого способа позволит определить направление действия главных напряжений в сре дах с большим затуханием акустичес20 .кик колебаний в анизотропных средах.