Устройство для определения скорости ультразвука в материале

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при неразрушающем ультразвуковом контроле материалов, подвергающихся циклическому нагружению. Цель изобретения - повышение точности измерений скорости ультразвука в материале при циклическом нагружении. Время распространения ультразвука в материале, подвергающемся циклическому воздействию, складывается из времени T<SB POS="POST">0</SB> распространения ультразвука в начальный момент без приложенного напряжения, компоненты Δ T<SB POS="POST">упр</SB> времени, возникающей вследствие упругоакустического эффекта и изменения акустической базы, и компоненты ΔТ<SB POS="POST">N</SB>, обусловленной необратимыми изменениями в материале. Устройство позволяет определять скорость ультразвука независимо от быстроменяющейся величины Δ T<SB POS="POST">упр</SB> 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

CSD 4 G 01 Н 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

r1Q ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГККТ СССР

1 (21) 4299747/25-28 (22) 24.08.87 (46) 23.10.89. Бюл. У 39 (71) Горьковский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института по нормализации н машиностроении (72) В.В. Мишакин, А.Л. Углов, Б.Е, Попов и Э.Б. Калмыков (53) 534.22(088 ° 8) (56) Ботаки А.А., Ульянов В.П., Шарко А,В ° Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. - M.: Машиностроение, 1983, с, 25.

Криштал N.A. Пестов В.В. и др.

Электронная аппаратура ультразвуковых установок для исследования свойств твердого тела. — М.: Энергия, 1974, с. 61. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОГОСТИ УЛЬТРАЗВУКА В МАТЕРИАЛЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при неразрушающем ультразвуковом контроле конструкционных материалов, подвергающихся циклическим нагрузкам.

Цель изобретения — повышение точности измерений скорости ультразвука в материале при циклическом нагружении.

На фиг. 1 изображена структурная схЕма устройства для определения скорости ультразвука; на фиг. 2 — амплитудно-BppMpHHblp. диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит последователь.но соединенные генератор 1 зондирую2 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при неразрушающем ультразвуковом контроле материалов, подвергающихся циклическому нагружению. Цель изобретения — повышение точности измерений скорости ультразвука в материале при циклическом нагружении.

Время распространения ультразвука в материале, подвергающемся циклическому воздействию, складывается из времени е распространения ультразвука в начальный момент без приложенного напряжения, компоненты д t âðåмени, возникающей вследствие упругоакустического эффекта и изменения акустической базы, и компоненты

4t, обусловленной необратимыми изменениями в материале. Устройство позволяет определять скорость ультразвука независимо от быстроменяющейся ве( личины 4 й„„р . 2 ил. щих импульсов, злектроакустический преобразователь 2 и усилитель 3, источник 4 временных интервалов, осциллограф 5 компаратор 6, последовательно соединенные RS-триггер

7 и интегратор 8, последовательно соединенные фильтр 9 низкой частоты и инвертор 10 и последовательно

-соединенные сумматор 11 и блок 12 вычислений и регистрации. Выход усилителя 3 соединен с первым входом осциллографа 5 и с входом компаратора 6, выход источника 4 временных интервалов подключен к второму входу генератора 1 зондирующих импульсов, к второму входу осцилло3 151 графа 5 и к R-входу RS-триггера 7, S-вход которого подключен к выходу компаратора 6, выход интегратора

8 соединен с входами фильтра 9 низкой частоты и сумматора 11, второй вход которого подключен к выходу инвертора 10. На фиг. 1 также показан исследуемый материал 13.

Устройство работает следующим образом.

Опорный сигнал с выхода источника 4 временных интервалов поступает на вход запуска генератора 1 зондирующих импульсов.

Амплитудно-временная диаграмма сигнала изображена на фиг. 2а.

Радиоимпульсы с выхода генератора 1 поступают на электроакустический преобразователь 2, который преобразует электрические сигналы в ультразвуковые импульсы определенной частоты, излучаемые в исследуемый материал 13. С электроакустического преобразователя 2 импульсы поступают на усилитель 3, с выхода которого сигналы (фиг. 2б) поступают на сигнальный вход осциллографа 5 и на компаратор 6, срабатывающий при прохождении импульса через нулевой потенциал (фиг. 2в). Время соответствующее временной задержке между передними фронтами соседних импульсов, является временем прохождения ультразвуковыми импульсами расстояния в две толщинь1 исследуемого материала. Сигналы с компаратора 6 поступают на S-вход RSтриггера 7, а на R-вход поступают сигналы с линии задержки источника

4 временных интервалов (фиг. 2г, где t дд — величина задержания импульса относительно опорного) . Импульсы, поступакщие íà R- u S-входы

RS-триггера, устанавливают íà его прямом выходе потенциал логической единицы на время (фиг. 2д).

Величина общего времени прохождения импульса через исследуемый материал 13 равна

Время t д задается линией задержки источника 4 временных интервалов и является постоянным на протяжении всего времени циклического нагружения. При циклическом нагружении материала длительность импульса

< имеет периодическую составляющую, 6794 определяемую наличием упруго-акусти ческого эффекта и циклическим изменением толщины.

Известно, что изменение времени распространения ультразвука в материале, подвергающемся циклическому нагружению, равно

4 упр — (КУ ° Е) 6 " (1) у где К вЂ” коэффициент упруго-акустиу ческой связи; — величина приложенного напряжения; — коэффициент Пуассона;

Š— модуль Юнга; время распространения ультразвука без приложенного напряжения в начальный момент испытаний.

Причем

У (2) 10

20 тогда

= К 6 е,. (3) 25

УПР где 4 t — изменение времени распростJV ранения ультразвука в результате необратимых изме45 нений в материале, подвергнутом нагружелт.

Подставляя соотношения (3) и (4) в выражение (5), получаем о + К асов(+Ч) tp +4

По сравнению с переменной составляющей, возникающей вследствие упругоакустического эффекта и иэ-за изменения длины акустического пути, величина h t является медленно меняющимся параметром. Отфильтровав компоненту 4 t и постоянную составляющую t от переменной велиМеханическое напряжение, возникающее при усталостных испытаниях в мягком режиме нагружения, определяется следующей зависимостью:

G=5 cos(t+Ч ),. (4) где — амплитуда нагружения; — частота циклического нагружения;

35 время; — фаза.

Общее время распространения ультразвука в материале определяется следующим образом:

4 + 4t„„, +4 t», (5) выбирается

-К 6 cos (at + P ) to

1 (7) 10

Зф 344 I5

+ а

5 151 чины а „„ и изменив фазу последней на и, получаем следующее выражение:

Г

4tyqp Кбасоэ((ис +!у + f )

Суммируя это выражение с общим временем распространения ультразвука, получаем: е, = е +д „„п. (8)

Подставляя в формулу (8) выражения (5) и (7), получаем

/ — t ° + К6 cos(et + 4) С + (9) + 4 t» — К 6 cos(

В этом случае при испытании на усталость большая часть долговечности материала определяется процессом накопления рассеянных микроповреждений (до образования шейки, макротрещины), а также сопровождается незначительным изменением толщины материала.

Поэтому скорость ультразвука в материале при его циклическом нагружении

7 ------ V + 5 V . (10)

1а

Эф +М а 4I

Импульс длительностью с поступает на преобразователь длительность импульса — напряжение, в качестве которого используется интегратор 8.

С него сигналы поступают на фильтр 9 низкой частоты н на сумматор 11 ° Выделенная фильтром низкой частоты переменная составляющая поступает на инвертор 10, с которого импульсы поступают на второй вход сумматора

11. С выхода сумматора 11 импульс, пропорциональный величине времени

/ »

c, поступает на ялок 12 вычислений и регистрации. Величина времени опр ед еля ется а "ЗА г" где о — длительность импульса без приложения нагрузки в начале испытания на циклическое нагружение.

6794 6

Величина времени 7„ иэ условия г л лкс

С пи л,акс где4

one — максимальное изменение времени распространения импульса из-эа приложения нагрузки.

Величина времени прохождения ультразвукового импульса через исследу- емый материал беэ учета переменной составляющей определяется

Формула изобретения

20 Устройство для определения скорости ультразвука в материале, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, электроакустический преобразователь и усилитель, 25 источник временных интервалов и осциллограф, второй выход генератора зондирующих импульсов соединен с входом источника временных интервалов, первый и второй входы осциллографа подключЕны, соответственно к выходам усилителя и источника временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при циклическом нагружении исследуемого материала, оно снабжено компаратором, RS-триггером, интегратором, фильтром низкой частоты, сум- матором, инвертором и блоком вычислений и регистрации, вход компаратора соединен с выходом усилителя, R-вход

RS-триггера подключен к выходу источника временных интервалов, S-вход

RS-триггера подключен к выходу компаратора, выход RS-триггера соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входами фильтра низкой частоты и сумматора, выход фильтра низкой частоты подключен к входу инвертора, выход которого соединен с

50 вторым входом сумматора, а выход сумматора подключен к входу блока вычислений и регистрации.! 51б 794

Составитель Д. Широчин

Техред А.Кравчук Корректор Э. Лончакова

Редактор Е. Папп

Заказ 6374/39 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101