CN111505125A - 一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，包括：底板、设于底板两侧的左侧板和右侧板、设于左侧板和右侧板之间的两根光滑圆杆及第一螺杆和第二螺杆、左滑块、右滑块、超声波发射探头、超声波接收探头，所述第一螺杆一端穿过左侧板后连接一左摇轮，第二螺杆的一端穿过右侧板后连接一右摇轮，所述左滑块、右滑块依次套设于两根光滑圆杆上，所述左滑块穿过第二螺杆后与第一螺杆螺纹连接，右滑块穿过第一螺杆后与第二螺杆螺纹连接，所述左滑块上竖向设有第一圆杆，该第一圆杆与超声波发射探头连接，所述右滑块上竖向设有第二圆杆，所述第二圆杆与超声波接收探头连接。该测试装置解决了现有技术无法快速、准确测试圆柱结构等曲面各向异性的问题。
Description
【技术领域】
本发明涉及超声波测试及实验力学领域，具体涉及一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置。
【背景技术】
圆柱结构或圆棒在工程中应用广泛，如土木工程中的桥墩，石油工程中的抽油杆等。各向异性是指材料的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。由于各向异性材料的弹性常数随方向而变化，也增加了理论分析的复杂性。块状结构或块状试样的各向异性测试比较简单，通过单轴压缩实验即可实现，而如图1所示的圆柱结构试样由于是曲面，欲测试径向(方向1)和轴向(方向2)的各向异性，无法采用传统的单轴压缩实验来测量各向异性。超声波测试广泛用于材料性能测试，但圆柱结构是曲面，超声波探头的安装需要额外的曲面装置，并且发射探头和接收探头难以保持对中，影响测试结果。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明提供一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，可以快速、准确测试圆柱结构的各向异性从而解决了上述问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，包括：底板、对称设于底板两侧的左侧板和右侧板、平行设于左侧板和右侧板之间的两根光滑圆杆以及第一螺杆和第二螺杆、左滑块、右滑块、超声波发射探头、超声波接收探头，所述第一螺杆、第二螺杆设于两根光滑圆杆之间，且该第一螺杆与第二螺杆两端分别通过轴承设于左侧板和右侧板上，所述第一螺杆一端穿过左侧板后连接一左摇轮，所述第二螺杆的一端穿过右侧板后连接一右摇轮，所述左滑块、右滑块依次套设于两根光滑圆杆上，所述左滑块穿过第二螺杆后与第一螺杆螺纹连接，所述右滑块穿过第一螺杆后与第二螺杆螺纹连接，所述左滑块上竖向设有第一圆杆，该第一圆杆远离左滑块的一端与超声波发射探头连接，所述右滑块上竖向设有第二圆杆，所述第二圆杆远离右滑块的一端与超声波接收探头连接。
特别的，所述超声波发射探头与超声波接收探头分别设为45°楔块。
特别的，所述底板、左侧板、右侧板分别采用铝合金制作而成。
本发明提供一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，具有以下优点:
1、测试误差小、可重复性好：克服了传统超声波检测信号发射探头和接收探头不易对中的问题，避免了因探头不对中引起的测试误差，大大提高了测试结果的可重复性，同时节省了超声波探头安装时间，简化了测试流程，提高了测试效率；
2、结构简单、成本低：通过简易的铝合金支架、光滑圆杆等简单结构的组合快速、准确定位超声波探头位置，提高测试结果准确度、节省测试时间；
3、采用超声波测试圆柱结构两个方向的弹性常数及各向异性，是一种无损检测技术，有利于无损检测技术的发展。
【附图说明】
图1为一圆柱试样的结构示意图；
图2为本发明一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图2，本发明提供一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，包括：底板1、对称设于底板1两侧的左侧板2和右侧板3、平行设于左侧板2和右侧板3之间的两根光滑圆杆4以及第一螺杆7和第二螺杆11、左滑块6、右滑块10、超声波发射探头13、超声波接收探头14，所述第一螺杆7、第二螺杆11设于两根光滑圆杆4之间，且该第一螺杆7与第二螺杆11两端分别通过轴承设于左侧板2和右侧板3上，所述第一螺杆7一端穿过左侧板2后连接一左摇轮8，所述第二螺杆11的一端穿过右侧板3后连接一右摇轮12，所述左滑块6、右滑块10上分别设有与光滑圆杆相适应的孔，该左滑块6、右滑块10依次套设于两根光滑圆杆4上，且所述左滑块6相对于第一螺杆7的位置设有螺纹孔，相对于第二螺杆11的位置设有通孔，所述右滑块10相对于第一螺杆7的位置设有通孔，性对于第二螺杆11的位置设有螺纹孔，所述左滑块6穿过第二螺杆11后与第一螺杆7螺纹连接，所述右滑块10穿过第一螺杆7后与第二螺杆11螺纹连接，所述左滑块6上竖向设有第一圆杆5，该第一圆杆5远离左滑块6的一端与超声波发射探头13连接，所述右滑块10上竖向设有第二圆杆9，所述第二圆杆9远离右滑块10的一端与超声波接收探头14连接。
特别的，所述超声波发射探头13与超声波接收探头14分别设为45°楔块；楔块根据要求可以设计不同角度，可以用来改变超声波束入射到工件中的角度，于本发明中楔块选择45°，可以减小超声波的能量衰减。
特别的，于本发明中，所述底板1、左侧板2、右侧板3分别采用铝合金制作而成，使得该装置加工方便，成本降低。
使用方法：
将图1的试样放置到底板1上，通过转动左摇轮8控制第一螺杆7上的左滑块6向右移动，将超声波发射探头13固定到试样15上，通过转动右摇轮12控制第二螺杆上的11右滑块10向左移动，使右滑块10与左滑块6靠在一起，此时为超声波发射探头13与超声波接收探头14之间的最近距离。本发明中左摇轮8和右摇轮12每转一圈，对应左滑块6和右滑块10移动0.5mm。当右滑块10与左滑块6靠在一起开始超声波测试记录第一个数据，即超声波从超声波发射探头13到超声波接收探头14所需的时间t1。固定超声波发射探头13不动，反向转动右摇轮12一圈，使超声波接收探头14向右移动0.5mm，记录第二个数据t2。固定超声波发射探头13不动，每反向转动右摇轮12一圈，记录一个数据，共记录5个数据，分别为t1，t2，t3，t4和t5。t1对应位移为0，t2对应位移0.5mm，t3对应位移1mm，t4对应位移1.5mm，t5对应位移2mm。将上述五个位移-时间点作图并用直线拟合，拟合直线的斜率即聚乙烯试样方向V2(轴向)的超声波波速，为2332.12m/s。
用手向上提，使得第一圆杆5和第二圆杆9向上移动，此时超声波发射探头13和超声波接收探头14与测试试样15分开，将测试试样15旋转90度测试方向V1的超声波波速。通过转动左摇轮8控制左滑块6移动，将超声波发射探头13固定到试样15上。通过转动右摇轮12控制右滑块10向左移动，使右滑块10与左滑块6靠在一起，此时为超声波发射探头13与超声波接收探头14之间的最近距离。当右滑块10与左滑块6靠在一起开始超声波测试记录第一个数据，即超声波从超声波发射探头13到超声波接收探头14所需的时间t1。固定超声波发射探头13不动，反向转动右摇轮12一圈，使超声波接收探头14向右移动0.5mm，记录第二个数据t2。固定超声波发射探头13不动，每反向转动右摇轮12一圈，记录一个数据，共记录5个数据，分别为t1，t2，t3，t4和t5。t1对应位移为0，t2对应位移0.5mm，t3对应位移1mm，t4对应位移1.5mm，t5对应位移2mm。将上述五个位移-时间点作图并用直线拟合，拟合直线的斜率即聚乙烯试样方向V1(径向)的超声波波速，为2205.86m/s。
聚乙烯圆柱的各向异性参数可由下式计算
式(1)中v1和v2分别为材料中沿着方向V1和V2的超声波波速。对测试的聚乙烯试样各向异性参数为0.946。
Claims (3)
1.一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，其特征在于，包括：底板(1)、对称设于底板(1)两侧的左侧板(2)和右侧板(3)、平行设于左侧板(2)和右侧板(3)之间的两根光滑圆杆(4)以及第一螺杆(7)和第二螺杆(11)、左滑块(6)、右滑块(10)、超声波发射探头(13)、超声波接收探头(14)，所述第一螺杆(7)、第二螺杆(11)设于两根光滑圆杆(4)之间，且该第一螺杆(7)与第二螺杆(11)两端分别通过轴承设于左侧板(2)和右侧板(3)上，所述第一螺杆(7)一端穿过左侧板(2)后连接一左摇轮(8)，所述第二螺杆(11)的一端穿过右侧板(3)后连接一右摇轮(12)，所述左滑块(6)、右滑块(10)依次套设于两根光滑圆杆(4)上，所述左滑块(6)穿过第二螺杆(11)后与第一螺杆(7)螺纹连接，所述右滑块(10)穿过第一螺杆(7)后与第二螺杆(11)螺纹连接，所述左滑块(6)上竖向设有第一圆杆(5)，该第一圆杆(5)远离左滑块(6)的一端与超声波发射探头(13)连接，所述右滑块(10)上竖向设有第二圆杆(9)，所述第二圆杆(9)远离右滑块(10)的一端与超声波接收探头(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，其特征在于，所述超声波发射探头(13)与超声波接收探头(14)分别设为45°楔块。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的圆柱结构各向异性测试装置，其特征在于，所述底板(1)、左侧板(2)、右侧板(3)分别采用铝合金制作而成。
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