Ультразвуковой способ определения физико-механических характеристик тонких стержней и устройство для его осуществления

Ультразвуковой способ определения физико-механических характеристик тонких стержней и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 862066

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 21.03.79 (21) 2740875/25 28 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 07.09.81. Бюллетень МЗЗ

Дата опубликования описания 10.09 8 1 (51)М. К,й.

G 01 М29104

1ЬвудврстзаниыМ квинтет

СССР ао лелам нзабретеннк и еткрмтвИ (53) УДК 620. . 179. 16 (088.8) В. Г, Мейерсон и С. В. Веремеенко (72) Авторы изобретения

Р

1. !

l (7l) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕЙЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ СТЕРЖНЕЙ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области ультразвуковых неразрушаюших прециз .онных методов и средств определения физико1 механических характеристик и геометрии поперечного сечения тонких протяженных изделий (стержни, проволока, волокна и пр.) и может быть использовано при конгропе радиуса инерции поперечного сечения или размера поперечного сечения изт делия, изгибной жесткости поперечного сечения, массы и плотности, модуля упруФО гости, поперечной и продольной деформации, коэффициента Пуассона и модуля сдвига стержня.

Изобретение позволяет проводить изме- рения именно акустическим методом в ши«

15 роких диапазонах поперечного размера, длины контролируемого участка, изгибной жесткости поперечного сечения, сил продольной деформации изделия.

Известен способ определения физикомеханических характеристик твердых тел, заключающийся в том, что в контролируемых телах возбуждают ультразвуковые

2 колебания, измеряют их скорость распространения и по ней, с учетом тарировоч. ных зависимостей, судят î свойствах твердых тел 11).

Недостатками этого способа являются невозможность неразрушающегося контроля массы и плотности участка,необходимость использования при расчетах справочных данных, невозможность определения акустическим методом характера закрепления стержня, Наиболее близким по технической сушнос и к изобретению является ультразвуковой способ определения физико-механических характеристик тонких стержней, aaz» лючающийся в том, что в изделии с боковой его поверхности на участке контроля заданной величины возбуждают симметричную, ант исимметричную и кругильную нулевые моды нормальных волн и изме ряют один обертон ангисиммегрпчной н основные гармоники симметричной и кру тильной мод и по ним судят о свойствах материала (21.

3 86

Недостатками э1 ого способа являются невозМожность неразрушающего метода определения массы участка стержня, низкие технические возможности и производительность из-за невозможности,определения ряда характеристик стержня (плотность, жесткость, деформация и т.п.),влияние граничных условий.

Известно устройство для осуществления способа, содержащее приемный и возбуждающий блоки преобразователей, част от омер, п осле дова тельно соединенные фазометр, усилитель-синхронизатор и генератор вынужденных колебаний, один из выходов которого связан с частотомером(3 .1>

Недостатками устройства являются трудоемкость операций измерения, связанная с приклейкой ульразвуковых преобразователей, постоянство базы контроля может вызвать нежелательные комбинационные наме- рр ки, невозможность измерения одновременно на 3-х типах волн, погрешность измерения, связанная с различием амплитуд сигнала на обоих датчиках.

Белью изобретения является обеспече- д ние неразруша1ощего контроля, расширение технических возможностей, повышение прсьизводительности, упрощение и увеличение точности измерений физико-механических характеристик стержней, 30

Бель достигается тем, что к стержню прикладывают последовательно не менее двух сил продольной деформации и при каждом значении силы дополнительно определяют еще не менее одного значения обертона антисимметричной моды, определяют отношение обертонов и рассчитывают граничные условия и номер обертона, затем, с учетом размера контролируемого участка и сил продольной деформации, рассчитыва- о ют изгибную жесткость попере иного сечения стержня, по которой судят о физикомеханических характеристиках стержня.

Бель достигает и тем, что устройство снабжено дополнительным приемным блоком, установленным на регулируемой базе, управляемым коммутатором, входы которого связаны с выходами преобразователей, а выходы с фазометром, блоком регистрацищ коммутатором, входы которого связаны с выходом генератора вынужденных колебаний, приемными и возбуждающим блоками и управляющим блоком, а выход - с фазометром, соединенными последовательно задающим силовым блоком, блоком памяти, первым ключевым элементом и управляющим блоком, выход которого связан с блоком регистрации и входом задающего силового блока, включенного между ним и

2066 ф вторым выходом блока памяти последовательно соединенными комплексным преобразователем, вторым ключевым элементом и блоком определения жесткости, второй вход ключевого элемента соединен с первым выходом блока памяти, блоком установки базы контроля, вход которого связан со вторым выходом блока селекции, первый выход - со входом приемного блока преобразователей, а второй выход - с третьим входом управляющего блока, излучающий блок преобразователей установлен с воэможностью возвратно-поступательного перемещения относительно приемных блоков.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа определения физико-.механических характеристик тонких стержней.

Устройство содержит возбуждающий и приемные преобразователи 1,2,3, сило» вой блок 4, генератор вынужденных колебаний, усилителя-синхронизатор 6, фаэометр 7, коммутатор 8, частотомер 9> блок 10 памяти, комплексный преобразо» ватель 11, блок 12 установки базы контроля, ключевой элемент 13, блок 14 определения жесткости, ключевой элемент

l5, блок 16 управления и блок 17 регистрации.

Способ заключается в следующем, Возбуждение в изделии одного из трех типов нулевых мод осуществляется блоком

1 преобразователей. Приемные блоки 2 и 3 преобразователей установлены на базе контроля В . Необходимый тип преобразователей переключается с помощью коммутатора 8, управляемого, блоком 16 управления.

Коммутатор 8 осуществляет подключение пары приемных преобразователей 2 и 3 к двум входам фазометра 7.

Фазометр 7 выдает сигнал, пропорциональньп разности фаэ входных сигналов на усилитель-синхронизатор 6, который управляет частотой генератора 5 вынужденных колебаний, сигнал которого через коммутатор 8 подается на преобразователь 1. При разности фаз, равной нулю, процесс настройки на резонанс заканчивается, и частотомер 9 производит изме.рение значения резонансного пика. Данные измерения засылаются в блок 10 пан мяти. Процесс измерений резонансных пиков проводится в некотором диапазоне частот, где ожидается появление резонансных пиков симметричной и крутильиой мод»

Все данные измерений засылаются в блок

10 памяти, Из блока 10 памяти данные измерений засылаются в преобразователь

5 862066 б

11, где по взаимоотноивнию значений ре- и блока 12 можно прои водить совмещезонансных пиков производится селенция ние резонансных пиков, например, симметобертонов ангисиммегричной моды, опре- ричной и антисимметричной мод с целью. деление их номеров, способ закрепления упрощения опе .акций измерения. По окончасгержня и селектируются основные гар- 5 ния процесса установления оптимальной бамоники симметричной и кругильной мод. зы контроля блок 12 выдаег раэрешаюОпределяегся взаимное положение основ- щий сигнал на ключевой элемент 15 и 16 ных гармоник симметричной, крутильной значение обертонов и гармоник иэ блока и обертонов антисимметричной мод. Если, памяти и значения номеров обертонов из например, один из пиков одной моды нак- о комплексного преобразователя 11 поступаладывается на пик другой моды, ro с по- ют в блок 14 определения жесткости, в мощью блока 12 перемещается каретка с, котором определяется иэгибная жесткость блоком 2 преобразователей и устанавли- поперечного сечения стержня (ЕУ), знавается оптимальная база контроля, эна- чение которой засылается в блок 16 упчение которой засылается в блок 16 уп- 5 равления, где и рассчитывается по формуравления.,С помощью преобразователя 11 ле б (+ f< Р 1 аТт 4 а Г + ) (а+ ) тг 1 "< та " : " ::: —" — — ;,:, 4 ; —:),;— :,1 (с +" с где („, ) - частоты обертонов с „ т 4 о с номерами (g, 6, C) соответственно антисим« .С1 метричной, симметрич- т

2Ь ной; крутильной нулевых мод нормальных

ы (1 волн; д р (д

6о — длина стержня; — м х„,, 1,111 — коэффициент формы для 30 круглого сечения;

Р— сила натяжения (сжа;- ® гФ 0 тия); (ЕЕ)» изгибная жесткость»

- момент инерции попере- 35 где F - действующая на стержень сила . чного сечения стержня, gf абсолю ная величина продольной

По этой формуле судят о физико-меха- . деформации стержня; нических характеристиках стержня, По окончании измерения блок 14 выл- g щ р А т с

Га

2 1 ег сигнал разрешения на вентиль 18 и «й значения обертонов и гармоник из блока и т 16 В этом Ь1 -: абсолютная:величина, поперечной поступают в устро ство» этoM блоке определяются физико-механические деформации стержня»

- радиус момента инерции при раз .карактеристики стержня такие как радиус р р ич ых Р и у (1") момента инерции плошади поперечного стержня, модуль упругости Е, масса дг р

Ц ъГ стержня (М)» модуль сдвига (6 goal+ )в }" Qf 1 t 2 относительные продольная (6gj. ) и по- Д ВР tF

В перечная (Яг ) деформации и. коэффициент

Пуассона (Л нд ). Зги параметры рас считываются по следующим формулам f,F 1 д По определении ряда искомых xapaire

Я С 1 Ь ристип изделия блок 16 управления выда6

1 4 3 «Ъ ег сигнал в. блок 17 регистрации и rrposc

® à- СЬ â€” 5. . „„„„,н ни, фо,м ии 0 в с - Вышеописанный процесс повторяется зано- р во при новом -начении силы деформации, — — + > Отметим, что элементы с 10 по 16 с устройства могут представлять единое вы8620 числительное устройство и выделены особо.

Формула изобретения

1 ° Ультразвуковой способ определения физико-механических характеристик тонких стержней, заключающийся в том, что в иэделии с боковой его поверхности на участ- 10 ке контроля заданной величины возбуждают симметричную, антисимметрйчную и крутильную нулевые моды нормальных волн и измеряют один обертон антисимметричной и основные гармоники симметричной и кругильной мод, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью обеспечения нераэрушающего контроля, расширения технических возможностей, повышения производительности, упрощения и увеличения точности измерений фиэйк<ъ-механических характеристик стержней, к стержню прикладываются последсвательно не менее двух сил продолльной деформации и при каждом значении силы дополнительно определяют еще не-ме- уу нее одного значения обертона антисимметричной моды, определяют отношение обертонов и рассчитывают граничные условия и номер обертона, затем, с учетом размера контролируемого участка и сйл продольной деформации, рассчитывают изгибную жесткость поперечного сечения стержня (по когорой судят о физико-механических характеристиках стержня).

2. Устройство для осуществления споЗЗ соба определения физико-механических характеристик тонких стержней, содержащее приемный и возбуждающий блоки преобразователей, частотомер, последовательно соединенные фазометр, усилитель-синхрониза«

40 тор и генератор вынужденных колебаний, один йз выходов которого связан с часто,гомером, о т п и ч а ю щ е е с я тем, 66 8 что оно снабжено дополнительным приемным блоком, установленным на регулируемой базе, управляемым коммутатором, входы которого связаны с выходами преобразователей, а выходы с фазомегром, блоком регистраций, коммутатором, входы которого связаны с выходом генератора вынужденных колебаний, приемными и возбуждающими блоками и управляющим блоком, а выход - с фазомегром, соединенными последовательно задающим силовым блоком, блоком памяти, первым ключевым элементом и управляющим блоком, выход которого связан с блоком регистрации и входом задающего силоЪого блока, включенными между ними и вторым выходом блока памяти, цоследовагельно соединенными комплексным преобразователем, вторым ключевым элементом и блоком определенйя жесткости, второй вход ключевого элемента соединен с первым выходом бло®а памяти, блоком установки базы контроля, вход ко» торого связан со вторым выходом блока селекции, первый выход - со входом. приемного блока преобразователей, а второй выход - с третьим входом управляющего блока, излучающий блок преобразователей установлен с воэможностью возвратно-поступательного перемещения относительно приемных блоков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лагишенко В. А. "Йиагностика жесткости и прочности материалов, Рига, Зинатне, 1968, с. 92-13 1.

2. Заявка % 2463574/28, кл. G 01 t4 29/04, 17.03.77 (прототип).

З Х Р.>>>,Р;,5 Мо, А.Ь.Rood "Rex.

Вс .ЪеЬ"ей.44 4.7В-48(,Я Н,Н-4, (прототип).

S6 2066

Составит.ль Т, Головкина

Редактор Т. Кузнецова Техред А.Вабинен Корректор,М. Шарощи

Заказ 6537/40 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб„д, 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4