Способ определения термоупругих характеристик материала

Способ определения термоупругих характеристик материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к физическим методам исследования термоупругих характеристик материалов, в частности параметра Грюнайзена конденсированных сред и газов. Цель изобретения - снижение времени определения температурной зависимости параметра Грюнайзена. Для этого в исследуемом образце создают неоднородное температурное поле и локально облучают импульсным пучком проникающего излучения по всей длине температурного поля путем относительного перемещения образца и пучка, получая ряд термоакустических сигналов, по амплитудам которых определяют искомую зависимость. В другом варианте широким пучком облучают образец на всей длине температурного поля и по форме зарегистрированного термоакустического сигнала судят о температурной зависимости параметра Грюнайзена в диапазоне перепада температур в образце. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51) 5 С 01 N 23/00

1i . E *..d h L.г!1Ф., 1I„ its;Pj

E,. ÜË×Î i Ег А

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЖЗБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4401129/31-25 (22) 04.04.88 (46) 30.01.90. Бюл. И - 4 (71) Харьковский государственный университет им. А.M.Горького (72) А.И.Калиниченко и Г.Ф. Попов (53) 536.41.08 (088.8) (56) Воловик В.Д. и др. О природе упругих волн от потоков быстрых частиц в жидкостях и об акустической регистрации частиц высоких энергий.

Препринт ИЯИ АН СССР, П-0092. М., 1987, с. 10-14. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОУПРУГИХ

ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к физическим методам исследования термоупруг гих характеристик материалов, в частности параметра Грюнайзена конденсированИзобретение относится к физическю4 методам исследования термоупругих характеристик материалов, в частности параметра Грюнайзена конденсированных сред и газов.

Цель изобретения — снижение времени определения температурной зависимости параметра Грюнайзена.

На фиг. показан вариант схемы реализации способа в случае сканирования импульсным пучком проникающего излучения (ИППИ) по стержневому образцу; на фиг. 2 — формы термоакустических сигналов, возбуждаемых в различных точках неоднородного поля температур исследуемого образца ИППИ; на фиг. 3 — вариант схемы реализации способа в случае, когда диаметр ИППИ

2 ных сред и газов. Цель изобретения — снижение времени определения температурной зависимости параме-ра Грюнайзена.

Для этого в исследуемом образце создают неоднородное температурное поле и локально облучают импульсным пучком проникающего излучения по всей длине температурного поля путем относительного перемещения образца и пучка, получая ряд термоакустических сигналов, по амплитудам KQTopi.õ определяют искомую зависимость. В другом варианте широким пу 1ком облучают образец на всей длине температурного поля и по

Э форме зарегистрированного термоакустического сигнала судят о температурной зависимости параметра Грюнайзена в диапазоне перепадя температур в образце. 1 з.п. ф-лы. 4 ил. равен пространственной области неоднородного поля температур в исследуемом образце; на фиг. 4 — форма термоакустического сигнала, возбуждаемого в образце ИППИ с диаметром, равным пространственной области неоднородного поля температур.

Способ осуществляется следующим образом.

Пусть в образце 1 (Фиг. 1), имеющем форму квазиодномерного стержня, непосредственно перед облучением в заданном интервале температур создано неоднородное пространственное поле 2 температур Т(х) известного профиля, которое не меняется со временем. Импульсным пучком 3 проникающего излучения (ИППИ) облучают всю пространст1539618 венную область температур в исследуемом образце путем сканирования ИППИ по образцу 1, т.е. в последовательные моменты времени ИППИ взаимодейст5 вует с образцом B зонах 4, 5, 6..., характеризующихся координатами Х

Х, Х .... Возбуждаемые термоакусти° ческие сигналы регистрируются широкополосным акустическим детектором 7. Эле-,0 ктрический сигнал с акустического детектора поступает на вход регистрирующего устройства, например на экран осциллографа (не показан). По амплитудам термоакустических сигналов опре-15 деляют температурную зависимость параметра Грюнайзена. Температурное поле Т(х) создают, например, с помощью нагревателя 8, контактирующего с одним концом стержневого образца 1.

Последовательное создание зон взаимодействия 4, 5, 6 ... обеспечивается сканированием ИППИ вдоль неоднородного пространственного поля температур исследуемого образца или перемещением образца относительно неподвижного ИППИ.

Диаметр пучка d, определяющий размер каждой из областей взаимодействия, предполагается настолько малым, 30 что температурное поле в пределах каждойобласти можно считать постоянным и равным Т д = Т(Х <); Т > = Т(Х );

Т = Т(Х ) .... для областей 4, 5, 6... соответственно. При выполнении условия С « d/8, где ь„ †.длительность импульса пучка проникающего излучения; S — скорость звука вещества исследуемого образца, в областях 4, 5, 6... генерируются термоакустические сигналы, осциллограммы которых

40 приведены на фиг. 2, с амплитудой

Q (t) = — — - f (X-x,—.St), (1)

Г(Т;)

2 где f (Q-х — St) — плотность поглощен- 45

l ной энергии ИНПИ в веществе исследуемого образца;

Х вЂ” координата расположения акустическо 50 го детектора

Пунктиром на фиг ° 2 показано распределение плотности поглощенной энергии (х) в каждой из областей взаимодействия, которая в процессе всего измерения остается постоянной.

Из уравнения (1) получаем

Г(Т} = 2.— — — - (2)

f. моя кс что позволяет по максимумам термоакустических сигналов, генерируемых в областях 4, 5, 6.... образца, характеризующихся различными температурами

Т4, Т, Т ..., определить значение параметра Грюнайзена образца Г(Т ), Г(Т ), Г(Т ).... Облучив последовательно всю пространственную область неоднородного поля температур исследуемого образца, по амплитудам термоакустических сигналов определяют температурную зависимость параметра Грюнайзена. В этом варианте реализации способа время снятия температурной зависимости параметра Грюнайзена определяется временем сканирования ИППИ по образцу либо временем перемещения образца от его начала до конца в поле неподвижного пучка и может составлять величину порядка 1-1000 с.

Б другом варианте способа (фиг. 3)

ИППИ 3 создает единственную зону 4 взаимодействия с образцом, в которой температурное поле Т(х) существенно изменяется в диапазоне Тмин (Т (Т „„, В этом случае в зоне взаимодействия генерируется один акустический импульс

1 б(г.) = — — Г(Т (Х-Я ) Е(х — St), (3)

2 осциллограмма которого приведена на фиг. 4. Пунктиром на фиг. 4 показано известное распределение плотности поглощенной энергии в области взаимодействия ИППИ с образцом. Из уравнения (3) получаем:

Г (Т(х)) =6(+ — )/g() (4) S в диапазоне температур Т „(Т (Т „, ° мин

Этот вариант реализации способа позволяет обеспечить минимальное время снятия зависимости Г(Т) путем однократного облучения широким пучком проникающего излучения исследуемого образца, перекрывающего своим диаметром всю пространственную область неоднородного поля температур известного профиля. В этом случае время измерения температурной зависимости Г(Т) определяется временем Аормирования акустического сигнала 7,= d/S+ н и временем задержки прихода акустического сигнала 2 = 3/S где Ь вЂ” расстояние от области взаимодействия

ИППИ с образцом до акустического детектора, и может составлять величину

2 + ь =10 — 10 с.

5 1539

В качестве импульсных пучков проникающего излучения для генерации термоупругих колебаний в конденсированных средах и газах можно использовать импульсные пучки ионизирую5 щих частиц: электроны, протоны, кванты, нейтроны, многозарядные ионы и т.д., а также импульсное лазерное излучение. 10

Пример. Исследована температурная зависимость параметра Грюнайзена для гадолиния на пучках релятивистских электронов в области фазово о превращения (переход из ферромаг- 15 нитного состояния в парамагнитное без изменения агрегатного состояния).

Исследуемый стержень из гадолиния помещали в терйостат, в котором с помощью спирального нагревателя и потока испаряемого жидкого азота устанавливали неоднородное по длине стержня поле температур. На одном конце стержня температура была равна 260, а на другом 320 К. Распределение температуры по длине стержня контролировали медь — константановымн термопарамн.

Стержень длиной 200 мм и диаметром

5 мм облучали импульсным пучком электронов с энергией 12 МэВ, длительностью импульса Г 1 мкс, диаметром

"и пучка d = 1 см, с количеством частиц в импульсе М 10" . Стержень вместе с термостатом посредством механической системы перемещали вдоль его оси в поле неподвижного пучка. Возбуждае- З5 мые одномерные термоакустические сигналы Ь() регистрировали акустическим детектором на основе пьезокерамики типа ЦТС-19 с полосой пропуска40 ния .йй = 10 МГц. Время снятия зависим

618 6 мости Г (Т)составило я. 1,5 мин, что определяется скоростью перемещения стержня механической системой.

Формула изобретения

1. Способ определения термоупругих характеристик материала, заключающийся в облучении образца исследуемого материала, находящегося в заданном температурном режиме, импульсным пучком проникающего излучения, регистрации термоакустических колебаний и определении параметра Грюнайзена по сигналу термоакустических колебаний,отличающийсятем, а что, с целью уменьшения времени определения температурной зависимости параметра Грюнайзена, перед облучением в образце исследуемого материала создают неоднородное поле температур с известным распределением и облучают всю область неоднородного поля температур.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что область неоднородного поля температур облучают в режи1 ме сканирования пучком излучения и о температурной зависимости параметра Грюнайэена судят по совокупности амплитуд сигналов термоакустических колебаний.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что производят облучение области неоднородного поля температур пучком излучения с размерами, не меньшими размеров укаэанной области, и о температурной зависимости параметра Грюнайзена судят по форме сигнала термоакустических колебаний.

pecwmpnmopg

Составитель К.Кононов

Редактор А.Маковская Техред М.Ходанич

Корректор T. Палий

Тираж 488

Заказ 212

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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