Способ оценки модуля объемного сжатия материала

Способ оценки модуля объемного сжатия материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к акустическим методам определения физических параметров вязкоупругих материалов, служит для определения модуля объемного сжатия при малых давлениях. Целью изобретения является упрощение способа и повышение достоверности результатов оценки модуля объемного сжатия вязкоупругих материалов за счет исключения необходимости нахождения скорости распространения сдвиговых волн. Цель достигается тем, что модуль определяют по результатам замера при разных частотах возбуждения времени распространения только продольных плоских волн, имеющих наибольшую скорость распространения. При этом модуль К выбирают из уеловия: ipCc J K pfcto)2, где С(ООдщ) - скорость распространения ультразвука при большей частоте СО/иякс С((ЭМин) - аналогичная величина при меньшей частоте (х)мин, ,|Э - плотность материала. Граничные частоты фиксируют на участке изменения скорости при1изменении частоты. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (1% (11) щ) у G O l N 29!00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕ ТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4750252/28 (22) 17.10.89 (46) 07. 06.92. Бюл. 1l 21 (71) Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (72) В.Г.Сазонов (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ю .1388784, кл. G 01 N 29/00, 1988.

Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1973, с ° 41, рис. 6, Тимошенко С,П., lypbep. Дж. Теория упругости, И.: Наука, l975, с. 491.

Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М,: Иностранная литература, 1957, с. 343 и

344 ° (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ МОДУЛЯ ОБЪЕМНОГО

СЖАТИЯ МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к акустическим методам определения физических параметров вязкоупругих материалов, Изобретение относится к акустическим методам измерения физических параметров вязкоупругих материалов и служит для определения модуля объ" емного сжатия при малых давлениях.

Известен способ определения коэффициента Пуассона, основанный на замере времени распространения продольных плоских и поверхностных акустических волн.

Однако для использования этого способа необходимы излучатель и приемник как для продольных, так и для служит для определения модуля объемного сжатия при малых давлениях. Целью изобретения является упрощение способа и повышение достоверности результатов оценки модуля объемного сжатия вязкоупругих материалов эа счет исключения необходимости нахождения скорости распространения сдвиговых волн. Цель достигается тем, что модуль определяют по результатам замера при разных частотах возбуждениг времени распространения только продольных плоских волн, имеющих наибольшую скорость распространения.

При этом модуль К выбирают из условия: - )I t:(6) )j 6 Kg ((c(Q„„„ j где С(Я,в,) - скорость распространения ультразвука при большей частоте

03 „„С (Я ик) - аналогичная величи.на при меньшей частоте 63,щит, Я плотность материала. Граничные частоты фиксируют на участке изменения скорости при изменении частоты. 2 ил. поверхностных волн. Кроме того, возможны погрешности замеров, связанные с тем, что возбуждаемый и принимаемый сигналы могут не соответствовать точно одному виду волн, Наиболее близким является способ определения упругих характеристик материалов по результатам замера скоростей распространения продольных плоских и сдвиговых волн в образцах.

Недостатком этого способа является необходимость использования соответствующей аппаратуры для каждого типа!

739279 волн, кроме тога, возможны погрешности замеров, обусловленные трудностью возбуждения в вязкоупругих средах волн точно одного типа на фик- .; сированной частоте.

Цель изобретения - упрощение и повышение достоверности результатов оценки модуля объемного сжатия вязко" упругих материалов эа счет исключения необходимости нахождения скорос. ти распространения сдвиговых волн.

Это достигается тем, что при разных частотах гармонического.возбуждения замеряется время распространения только продольных плоских волн, имеющих наибольшую скорость распространения, при этом модуль К выбирают из условия

К = (С (Ямаке) — К- ((С (Ями«) ) — gKe м к 3 4 ми«-<мдцт м кс- N« .l

В предложенном способе используются только продольные плоские волны, т.е. волны, имеющие наибольшую скорость распространения, и для которых можно считать, что частицы материала, образуя плоский фронт, движутся параллельно направлению !

О распространения волны, а именно, если выбрать ось X в направлении распространения волны, то 7=И=О и U будет функцией только одной координа" ты Х (здесь U — перемещение вдоль оси Х; Ч, И вЂ” соответственно переме--, щения вдоль осей Y и Z). Предполагается, что объемное деформирование исследуемого вязкоупругого материала при малых давлениях описывается соот2О ношением вида

Q =K8, где С(Ямс,„.) - скорость распространения ультразвука при большей частоте Я,„,ц гармонического возмущения;

С(Я ) - аналогичная скорость мкк при меньшей частоте

Жмии р - плотность материала.

Выбор значений частот Я „„«„ и Я „„ осуществляется следующим образом, Известно, что.скорость С распространения продольных плоских волн в вязкоупругих материалах зависит от ча" стоты (на фиг. 2 качественно показана зависимость скорости С от частоты g, а именно при увеличении частоты Я скорость С возрастает и стре" мится к некоторому предельному значению, а при уменьшении частоты И скорость С убывает и стремится к некоторому другому параллельному значению.

Таким образом, при значениях частот Я Я и Я ями„(Яд« и(Д,ци«) (фиг. 2) скорость С почти не зависит от частоты. Наибольшая точность оценки модуля К объемного сжатия по предложенному способу достигается тогда, ко;да для исследуемого материала предварительно определяют зависимость скорости распространения продольных плоских волн от частоты, фиксируют граничные частоты участка изменения скорости при изменении частоты, и значения частот Ю д„д и Я„„в„ выбира" ют из условий а связь между девиаторными компонентами тензоров напряжений Я; и дед формаций Э, представляется соотношениями линейной теории вязкоупругости (G - среднее напряжение, - объемная деформация, К - модуль объемного сжатия).

На фиг. изображен образец исследуемого материала с расположенными рядом с ним излучателем и приемником ультразвуковых волн; на фиг. 2график зависимости скорости продольных плоских волн от частоты.

Образец 1 исследуемого материала представляет собой пластину, например, прямоугольной или круглой формы, толщиной h и шириной Ь (диаметром ф )

Излучатель 2 и приемник 3 ультразву4ц ковых волн располагают соосно по обе стороны образца в его центральной части. Размеры образца h, Ъ, ф вь1биЙ рают из условий ЬС-, Ь) 2й, Р> 2й, " где d — характерный поперечный размер (например, диаметр) излучающего и приемного устройств, Оценка величины модуля объемного сжатия материала осуществляется сле- .

5О дующим образом. Определяют плотность материала р. Готовят образец, нано" сят необходимую смазку на его поверхность. С помощью излучателя 2 и приемника 3, которые соосно располагают

SS по обе стороны образца в е", о центральной части, измеряют время распро

% странения продольных плоских волн и вычисляют скорость С продольных плос

5 17392 ких волн при различных частотах возбуждения. Строят зависимость скорости С от частоты (фиг. 2). Выделяют участок изменения скорости С при из менении частоты, фиксируют его гра5 ничные частоты Q „„. и Q" a„ (ôèã.2) .

Значен я скоростей С прйЯми = Я д,щи

Ящцщ=Я вкиспользуются для оценкй величины модуля объемного сжатия К по 1() соотношению

На практике имеющаяся в наличии аппаратура может не позволять охватить широкий диапазон частот. В этом случаеЯциц ияма„овыбирают исходя из технической возможности их осуществления. При этом следует иметь в ви- 20 ду, что (до определенного предела) чем шире диапазон частотЯмин иЯ„ако, тем точнее результат оценки модуля К..

Наибольшая точность предложенного способа достигается тогда, когда

25. а мин Ц мин и мако смак (фиг. 2)

Способ применим даже если замеры проведейь1" только при одной частоте, когда Я мако =® „н и соответст- ™ ценно С(Я„ак,)=С(Ямим), в этом случае оценки Кц„„и К® „оотличаются íà 50ь от среднего значения К е определяемого выражением

Кмис мако

" Я 2

Если иэ какого-либо опыта для частотыЯасЯ „„„низвестно значение действительной составляющей С (Яа) ком- 40 плексного динамического модуля С (Я)= C (Q)+iC " (Я), то можно дополнитель" но уточнить диапазон возможных зна-, чений модуля К по. соотношению где О - плотность материала;

45 С „ и С„„„н - соответственно большая и меньшая из двух рассчитанных значений С и С скоростей распространения продольных плоских волн.

Если из-за технических возможностей аппаратуры удается проводить .эа79 6 меРы только при Яминpgìèè >Bìaêô

Я,банни увеличение Я „щ ® позволяют повйсить точность оценки модуля К с помощью предлагаемого способа.

Формула изобретения

Способ оценки модуля объемного сжатия материала, заключающийся в том, что определяют плотность материала, возбуждают продольную плоскую ультразвуковую волну в образце из исследуемого материала на заданной частоте, принимают волну, прошедшую образец, измеряют время ее распространения и рассчитывают по нему скорость

Cg продольных плоских волн, а модуль

К объемного сжатия определяют с уче.том этой скорости, о т л и ч а юшийся тем, что, .с целью упрощения и повышения достоверности результатов оценки модуля объемного сжатия вязкоупругих материалов, для исследуемого материала предварительно определяют зависимость скорости распространения продольных плоских волн от частоты, фиксируют граничные частоты участка изменения скорости при изменении частоты, используют одну из них в качестве заданной частоты, дополнительно возбуждают продольную плоскую волну в образце в том же напраалении на частоте, равной другой зафиксированной частоте, принимают прошедшую образец волну, измеряют время ее распространения и рассчитывают ее скорость С распространения, а модуль К объемного сжатия определяют иэ соотношения

> 739279

Составитель В.Сазонов

TexpeA A.Крав ук Корректор А.Обручар

Редактор А.Козориз

Заказ 1999 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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