Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена


 

G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2473894:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)

Использование: для ультразвукового контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена. Сущность: заключается в том, что возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, измеряют время их распространения, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне в процессе эксплуатации, измеряют время их распространения, определяют относительное изменение времени распространения δt и рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению: ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)], где а и b - эмпирические коэффициенты. Технический результат: повышение точности определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена и обеспечение возможности в любой заданный период эксплуатации проведения контроля деталей различного размера и конфигурации при одностороннем доступе, а также через слои других материалов с применением типовых промышленных приборов, в том числе в полевых условиях.

 

Изобретение относится к области диагностики неразрушающими методами деталей и конструкций и может быть использовано для прецизионного определения плотности в процессе эксплуатации изделий, составной частью которых являются контролируемые детали из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена, в горно-рудной и военной промышленности, а также в строительной индустрии.

Жестким требованиям точности определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена удовлетворяет лабораторный метод гидростатического взвешивания («Взрывчатые вещества». Учебное издание. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». г.Саров, 2007, том 2, стр.345), погрешность которого зависит от массы детали и не превышает 0,25-0,30%.

Известен способ определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов, основанный на измерении ослабления потока γ-квантов, прошедшего через контролируемую зону детали с известной средней толщиной («Взрывчатые вещества». Учебное издание. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». г.Саров, 2007, том 2, стр.262). Высокая точность этого способа, сопоставимая с методом гидростатического взвешивания, проистекает из жесткой зависимости между плотностью материала и ослаблением потока γ-квантов. Однако этот метод обладает рядом существенных недостатков:

- высокая трудоемкость и длительность испытаний;

- сложность методики и используемого оборудования;

- повышенная опасность и экологические проблемы, связанные с применением радиоактивных источников;

- невозможность проведения испытания при одностороннем доступе к детали.

Более простыми являются ультразвуковые методы определения плотности.

Плотность композитных материалов определяется в основном физическими характеристиками входящих в материал компонентов, их соотношением по объему или массе, структурой армирования, пористостью, степенью отверждения (полимеризации) матрицы. Этими факторами определяется и основная акустическая характеристика материала - скорость распространения ультразвуковых волн, называемая параметром неразрушающего контроля, т.к. этот параметр может быть определен в процессе контроля свойств детали.

Однако связь между скоростью ультразвука и физическими характеристиками материала, в частности плотностью, не является однопараметрической, поэтому плотность контролируемых деталей определяют по предварительно установленной корреляционной (статистической) зависимости от параметра неразрушающего контроля, причем оценка плотности по этим зависимостям, как правило, недостаточно надежна. Низкое значение коэффициента корреляции (r) связи плотность - скорость ультразвука для подавляющего большинства материалов ограничивает применение ультразвукового метода в практике контроля плотности композитов.

Например, метод определения плотности по скорости распространения продольных колебаний в трех направлениях, включенный в ОСТ 5.9102-72 «Стеклопластики полиэфирные. Контроль качества материала судовых конструкций без их разрушения», дает погрешность оценки плотности порядка 5%.

Широкое распространение при контроле металлов нашел способ определения структуры, упругих свойств или состава материалов по изменению величины поглощения ультразвуковых волн либо по изменению скорости их распространения в исследуемом теле (а.с. СССР 77708, опубл. 30.11.49).

Предложенный А.К. Бровцыным и Г.С.Чернышевой способ определения влажности и плотности глин (журнал «Дефектоскопия», 1999 год, №10, стр.56) позволяет определять указанные параметры на основании закономерностей распространения ультразвуковых волн.

Основным недостатком указанных способов является низкая точность измерений (единицы процентов).

Известен также способ определения плотности древесных материалов (А.С. №678391, М. Кл.2 G01N 9/00, опубл. 05.08.79, Бюл. №29) с высоким коэффициентом корреляции r=0,97, в котором определяются скорости распространения ультразвуковых волн в направлениях трех координатных осей, а плотность определяется по формуле:

ρ=0,23·(Va+Vt+Vr)/3+2,

где ρ - плотность материала;

Va - скорость распространения волны по оси ординат;

Vt - скорость распространения волны по оси абсцисс;

Vr - скорость распространения волны по оси апликат.

Но и этот способ имеет погрешность на уровне 3% и, кроме того, при его реализации нужен доступ к детали с трех сторон.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании простого в реализации высокоточного способа контроля плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена в процессе эксплуатации.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении заявляемого изобретения, заключаются в повышении точности определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена и обеспечении возможности в любой заданный период эксплуатации проведения контроля деталей различного размера и конфигурации при одностороннем доступе, а также через слои других материалов с применением типовых промышленных приборов, в том числе в полевых условиях.

Это достигается тем, что в ультразвуковом способе контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, измеряют время их распространения, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне в процессе эксплуатации, измеряют время их распространения, определяют относительное изменение времени распространения δt и рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению:

ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)],

где а и b - эмпирические коэффициенты.

Сущность заявляемого способа основана на определении плотности деталей из высоконаполненных композитов на основе октогена с помощью установленной корреляционной связи между относительным изменением плотности - δρ=(ρ-ρ0)/ρ0 и относительным изменением времени распространения ультразвуковых волн - δt=(t-t0)/t0:

δρ=a·δt+b.

Подставляя эту зависимость в выражение

ρ=ρ0·(1+δρ),

получаем искомое уравнение:

ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)].

Для установления корреляционной связи (δρ=a·δt+b) при контроле деталей после различных сроков и температур выдержки, имитирующих возможные воздействия в процессе эксплуатации, была проведена совместная обработка результатов определения изменения плотности деталей с помощью гидростатического метода и результатов определения изменения времени прохождения ультразвуковых волн с помощью дефектоскопа А 1214 с последующим расчетом относительных величин δρ и δt. В результате было получено следующее корреляционное уравнение:

δρ=-0,0495·δt-0,0003 (коэффициент корреляции r~0,94).

Проверка корреляционного уравнения проведена путем расчета плотности для выборки деталей из того же материала, в том числе и других типоразмеров, выдержанных в аналогичных условиях, по уравнению:

ρ=ρ0·[1+(-0,0495·δt-0,0003)].

Погрешность определения значений искомой плотности, рассчитанной для выборки контрольных деталей по данному уравнению, не превысила ±0,3%.

Ввиду малости величины коэффициента b в некоторых случаях им можно пренебречь.

Заявляемый способ реализуется следующим образом:

- в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, определенной ранее, например, гидростатическим способом, возбуждают ультразвуковые волны частотой 1,2÷2,5 МГц и измеряют время их распространения t0;

- в процессе эксплуатации, например при проведении регламентных работ, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне детали и измеряют время их распространения t;

- определяют относительное изменение времени распространения ультразвуковых волн - δt=(t-t0)/t0;

- рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению:

ρ=ρ0·[1+(-0,0495·δt-0,0003)].

Возбуждение ультразвуковых волн и измерение времени их распространения осуществляют с помощью промышленного дефектоскопа, например А 1214.

Реализация заявляемого способа показала достижение высокой точности, быстроты и простоты определения плотности деталей из композитного материала на основе октогена в процессе эксплуатации, который может быть использован непосредственно в конструкциях без их разборки и разрушения, что приводит в конечном счете к повышению надежности изделий, в состав которых входят контролируемые детали.

Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена, заключающийся в том, что возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, измеряют время их распространения, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне в процессе эксплуатации, измеряют время их распространения, определяют относительное изменение времени распространения δt и рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению: ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)], где а и b - эмпирические коэффициенты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения акустических характеристик глинистой корки, образующейся при бурении скважины, таких, как подвижность флюида и пьезопроводность глинистой корки.

Изобретение относится к устройству неразрушающего контроля и к способу неразрушающего контроля, а конкретнее, относится к устройству и способу для неразрушающего контроля текучей среды ультразвуковыми волнами.

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушающему способу определения гранулометрических характеристик дисперсных материалов и может быть использовано во многих отраслях промышленности: пищевой, фармацевтической, косметической, химической, строительстве (при определении качества строительных материалов), для контроля взрывчатых веществ, т.е.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля волокнистых материалов и может быть использовано при анализе их параметров в процессах заготовки и переработки.

Изобретение относится к области физической акустики и может найти применение в ультразвуковой технике, например в конструкциях ультразвуковых измерительных устройств, используемых в медицинской диагностике или неразрушающем промышленном контроле.

Изобретение относится к области физической акустики и может найти применение в ультразвуковой технике, например в устройствах ультразвуковой медицинской диагностики или неразрушающего промышленного контроля.

Изобретение относится к области физической акустики и может найти применение в ультразвуковой технике, например в конструкциях ультразвуковых измерительных устройств, используемых в медицинской диагностике или неразрушающем промышленном контроле.

Изобретение относится к области физической акустики и может найти применение в ультразвуковой технике, например в конструкциях ультразвуковых измерительных устройств, используемых в медицинской диагностике или неразрушающем промышленном контроле.

Изобретение относится к способу определения акустических характеристик глинистой корки, образующейся при бурении скважины, таких как подвижность флюида и пьезопроводность глинистой корки

Изобретение относится к промышленности синтетического каучука, в частности к области диагностики полимеров ультразвуковыми методами контроля вязкоупругих свойств, и может быть использовано для определения молекулярно-массового распределения полимера в растворе

Изобретение относится к промышленности синтетического каучука, в частности к области диагностики полимеров ультразвуковыми методами контроля вязкоупругих свойств, и может быть использовано для определения молекулярно-массового распределения полимера в растворе

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения механических напряжений в одно- и двухосном напряженном состоянии конструкционных материалов эхо-импульсным методом на основе явления акустоупругости с помощью сдвиговых и продольных волн, распространяющихся по нормали к плоскости действия напряжений

Изобретение относится к области геоакустики и может быть использовано для определения расположения трубопровода, находящегося в грунте и имеющего запорно-регулирующую аппаратуру

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при выявлении нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля биологических объектов

Изобретение относится к области медицинского приборостроения, в частности к устройствам для ультразвуковой эхо-локации внутренних органов

Изобретение относится к способу и устройству для классификации генерирующих звук процессов, например, звуковых сигналов, которые генерируются при рабочих процессах машины или при химических процессах установки
Наверх