RU2455637C1 - Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах - Google Patents
Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455637C1 RU2455637C1 RU2011109192/28A RU2011109192A RU2455637C1 RU 2455637 C1 RU2455637 C1 RU 2455637C1 RU 2011109192/28 A RU2011109192/28 A RU 2011109192/28A RU 2011109192 A RU2011109192 A RU 2011109192A RU 2455637 C1 RU2455637 C1 RU 2455637C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- ultrasonic
- test sample
- mechanical stress
- analysed sample
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах. Сущность: заключается в том, что пропускают импульсы ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, фиксируют прошедшие сигналы с учетом измерения разности скоростей и времен в напряженном состоянии исследуемого образца, при этом импульсы ультразвуковых колебаний пропускают вдоль исследуемого образца, определяют области напряженного состояния исследуемого образца, устанавливают в этом месте сферический сегмент, выполненный из того же материала что и исследуемый образец, затем фокусируют сигналы ультразвуковых колебаний системой линз, помещенных в жидкость, одна из которых обращена к исследуемому образцу, другая к пьезоэлектрическим датчикам, перемещают линзу, обращенную к исследуемому образцу в направлении, перпендикулярном главной акустической оси таким образом, чтобы ее фокальная плоскость перемещалась по всей поверхности исследуемого образца, перемещают вторую линзу вдоль акустической оси так, чтобы ее фокальная плоскость пересекалась с плоскостью, где находятся регистрирующие датчики, регистрируют прошедшие сигналы датчиками, измеряют промежуток времени и скорость ультразвуковых сигналов, рассеянных внутренними областями исследуемого образца, и определяют механическое напряжение по определенной математической зависимости. Технический результат: повышение точности определения скорости звука и, как следствие, более точное нахождение внутренних механических напряжений в исследуемом материале. 1 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю физических характеристик материалов изделий и может быть использовано для измерения напряженного состояния материалов в сварных и резьбовых соединений различных изделий ответственного назначения, испытывающих значительные нагрузки в процессе эксплуатации.
Известен ультразвуковой способ, использующий ультразвуковой преобразователь, генерирующий звуковую волну, через две акустические линзы, проектирующие ультразвуковые волны, рассеянные внутренними частицами объекта, на слой жидкости голографического детектора, фиксирующий возникающую ультразвуковую голограмму, визуально наблюдаемую при освещении поверхности жидкости когерентным источником света через третью оптическую линзу. Дифракционная картина первого порядка (или более высокого порядка) наблюдается посредством видео камеры и дисплея [патент США №6860855, МПК А61В 8/14, 2005 г.].
Известный способ получает дифракционную картину исследуемого материала, которая не позволяет измерить скорость ультразвука внутри исследуемого материала, что делает его невозможным для определения внутренних напряжений в конструкционных материалах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является ультразвуковой способ измерения внутренних механических напряжений, заключающийся в том, что в исследуемый объект на нагруженном и ненагруженном участках или на ненагруженном аналоге исследуемого изделия вводят импульсы ультразвуковых колебаний, например продольных, принимают прошедшие сигналы, алгебраически суммируют и вычитают их, а по сумме и разности определяют величину внутренних механических напряжений, причем на тех же участках дополнительно вводят импульсы ультразвуковых колебаний другого типа, например поперечных, алгебраически суммируют и вычитают принятые сигналы, рассчитывают величину σ механических напряжений [патент РФ №2057329, МПК G01N 29/00, 1996 г.].
В известном способе регистрируются импульсы ультразвуковых колебаний датчиками, находящимися на внешней поверхности исследуемого изделия на расстоянии десяти и более сантиметров, что не позволяет измерить скорость ультразвука во внутренних областях изделия и определить локальные механические напряжения.
Задачей предлагаемого способа является получение с более высокой точностью определения скорости ультразвука, а следовательно, и нахождения внутренних механических напряжений в исследуемом материале.
Достигается это тем, что в ультразвуковом способе определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах, заключающемся в пропускании импульсов ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, фиксировании прошедших сигналов с учетом измерения разности скоростей и времен в напряженном состоянии исследуемого образца, согласно изобретению импульсы ультразвуковых колебаний пропускают вдоль исследуемого образца, определяют области напряженного состояния исследуемого образца, устанавливают в этом месте сферический сегмент, выполненный из того же материала что и исследуемый образец, затем фокусируют сигналы ультразвуковых колебаний системой линз, помещенных в жидкость, одна из которых обращена к исследуемому образцу, другая - к пьезоэлектрическим датчикам, перемещают линзу, обращенную к исследуемому образцу в направлении, перпендикулярном главной акустической оси таким образом, чтобы ее фокальная плоскость перемещалась по всей поверхности исследуемого образца, перемещают вторую линзу вдоль акустической оси так, чтобы ее фокальной плоскость пересекалась с плоскостью, где находятся регистрирующие датчики, регистрируют прошедшие сигналы датчиками, измеряют промежуток времени и скорость ультразвуковых сигналов, рассеянных внутренними областями исследуемого образца и определяют механическое напряжение по формуле σ=f(V),
где σ - механическое напряжение, Па;
f - функция зависимости механического напряжения от скорости;
V - скорость ультразвука, м/с.
Наличие двух датчиков, находящихся в фокальной плоскости второй акустической линзы от главной акустической оси линз, позволяет измерить время прохождения ультразвукового импульса между двумя внутренними областями исследуемого материала и определить локальное внутреннее механическое напряжение в конструкционном материале.
Сущность способа поясняется графически.
На фиг.1 изображена схема установки по определению внутренних механических напряжений в конструкционных материалах, состоящая из исследуемого образца материала 1, ультразвукового преобразователя 2, сферического сегмента 3, двух собирающих, перемещаемых, акустических линз 4 и 5, имеющих общую главную акустическую ось 6, и двух пьезоэлектрических датчиков 7 и 8, регистрирующих ультразвуковые колебания. Все элементы установки помещены в жидкость 9. Импульсы ультразвуковых колебаний 10, генерируемые ультразвуковым преобразователем 2 в образце, распространяют в направлении, перпендикулярном главной акустической оси линз 6. Указанная система позволяет получать ультразвуковые сигналы двух напряженных областей 11 и 12 исследуемого образца, находящихся в фокальной плоскости 13 первой линзы 4, в фокальной плоскости 14 второй линзы 5, в которой расположены пьезоэлектрические датчики 7 и 8.
Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах осуществляют следующим образом. Импульсы ультразвуковых колебаний 10 в исследуемом образце 1 генерируют ультразвуковым преобразователем 2 и пропускают в направлении, перпендикулярном общей главной акустической оси 6 линз 4 и 5. Перемещают первую акустическую линзу 4, обращенную к исследуемому образцу, вдоль главной акустической оси 6 таким образом, чтобы ее фокальная плоскость 13 перемещалась по всей поверхности исследуемого образца. Импульсы ультразвуковых колебаний рассеиваются внутренними напряженными областями 11 и 12 исследуемого образца 1, находящимися в фокальной плоскости первой линзы 4. Поскольку скорость ультразвуковых колебаний в исследуемом образце значительно больше, чем ее скорость в жидкости, передающей ультразвуковые колебания, то на границе образца материала 1 и жидкости 9 указанные колебания испытывают значительное преломление. Для того чтобы уменьшить углы преломления ультразвуковых колебаний на поверхность исследуемого образца 1 накладывают сферический сегмент 3, изготовленный из этого же материала. При этом получаемые ультразвуковые сигналы эхо проходят через сферический сегмент 3. Ультразвуковые сигналы эхо пропускают через первую 4 и вторую 5 линзы, расположенные в жидкости 9. Перемещают вторую линзу 5 вдоль главной акустической оси 6 так, чтобы на ее фокальной плоскости 14 находились регистрирующие датчики, например, пьезоэлектрические. В жидкости могут распространяться только продольные волны. Поэтому пьезоэлектрические датчики 7 и 8 регистрируют сигналы эхо от продольной ультразвуковой волны. Промежуток времени между ультразвуковыми сигналами эхо измеряют с помощью электронного устройства. По времени прохождения ультразвукового импульса между двумя напряженными областями 11 и 12 исследуемого образца вычисляют скорость продольной ультразвуковой волны и определяют внутреннее механическое напряжение.
Для определения зависимости механического напряжения σ от скорости ультразвука V используется исследуемый образец материала, имеющего форму цилиндра, при растяжении или сжатии которого в нем возникают однородные напряжения. Из экспериментальных данных определяют функцию зависимости напряжения от скорости V. По найденным значениям скоростей V определяют локальные механические напряжения внутри конструкции, подверженной нагрузками. σ=f(V).
Применение предлагаемого способа позволяет определять также внутренние локальные механические напряжения, возникающие при термической обработке любых материалов, например керамики, композиционных материалов, стекла и т.д.
Claims (1)
- Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах, заключающийся в пропускании импульсов ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, фиксировании прошедших сигналов с учетом измерения разности скоростей и времен в напряженном состоянии исследуемого образца, отличающийся тем, что импульсы ультразвуковых колебаний пропускают вдоль исследуемого образца, определяют области напряженного состояния исследуемого образца, устанавливают в этом месте сферический сегмент, выполненный из того же материала, что и исследуемый образец, затем фокусируют сигналы ультразвуковых колебаний системой линз, помещенных в жидкость, одна из которых обращена к исследуемому образцу, другая к пьезоэлектрическим датчикам, перемещают линзу, обращенную к исследуемому образцу в направлении, перпендикулярном главной акустической оси таким образом, чтобы ее фокальная плоскость перемещалась по всей поверхности исследуемого образца, перемещают вторую линзу вдоль акустической оси так, чтобы ее фокальная плоскость пересекалась с плоскостью, где находятся регистрирующие датчики, регистрируют прошедшие сигналы датчиками, измеряют промежуток времени и скорость ультразвуковых сигналов, рассеянных внутренними областями исследуемого образца и определяют механическое напряжение по формуле σ=f(V),
где σ - механическое напряжение, Па;
f - функция зависимости механического напряжения от скорости;
V - скорость ультразвука, м/с.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109192/28A RU2455637C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109192/28A RU2455637C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2455637C1 true RU2455637C1 (ru) | 2012-07-10 |
Family
ID=46848681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109192/28A RU2455637C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2455637C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4233849A (en) * | 1978-02-16 | 1980-11-18 | Agence National De Valorisation De La Recherche (Anvar) | Method for measuring the fatigue of a test-piece subjected to mechanical stress |
SU949487A1 (ru) * | 1979-04-15 | 1982-08-07 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | Способ определени напр женного состо ни материала |
SU1004757A1 (ru) * | 1981-04-30 | 1983-03-15 | Институт Проблем Машиностроения Ан Усср | Ультразвуковое устройство дл измерени механических напр жений |
RU2057330C1 (ru) * | 1994-02-25 | 1996-03-27 | Власов Валерий Тимофеевич | Акустический способ определения внутренних механических напряжений в твердых материалах |
US5549003A (en) * | 1992-10-21 | 1996-08-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Method and apparatus for visualization of internal stresses in solid non-transparent materials by ultrasonic techniques and ultrasonic computer tomography of stress |
RU2190212C2 (ru) * | 2000-12-25 | 2002-09-27 | Углов Александр Леонидович | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах |
-
2011
- 2011-03-11 RU RU2011109192/28A patent/RU2455637C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4233849A (en) * | 1978-02-16 | 1980-11-18 | Agence National De Valorisation De La Recherche (Anvar) | Method for measuring the fatigue of a test-piece subjected to mechanical stress |
SU949487A1 (ru) * | 1979-04-15 | 1982-08-07 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | Способ определени напр женного состо ни материала |
SU1004757A1 (ru) * | 1981-04-30 | 1983-03-15 | Институт Проблем Машиностроения Ан Усср | Ультразвуковое устройство дл измерени механических напр жений |
US5549003A (en) * | 1992-10-21 | 1996-08-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Method and apparatus for visualization of internal stresses in solid non-transparent materials by ultrasonic techniques and ultrasonic computer tomography of stress |
RU2057330C1 (ru) * | 1994-02-25 | 1996-03-27 | Власов Валерий Тимофеевич | Акустический способ определения внутренних механических напряжений в твердых материалах |
RU2190212C2 (ru) * | 2000-12-25 | 2002-09-27 | Углов Александр Леонидович | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Konstantinidis et al. | The temperature stability of guided wave structural health monitoring systems | |
CN107024542B (zh) | 用于测试对象的机载超声测试系统 | |
US9400264B2 (en) | Ultrasonic test equipment and evaluation method thereof | |
Wolf et al. | Detection of crack propagation in concrete with embedded ultrasonic sensors | |
Chaki et al. | Numerical and experimental analysis of the critically refracted longitudinal beam | |
Na et al. | Interaction of Rayleigh surface waves with a tightly closed fatigue crack | |
US20200355575A1 (en) | Structural health monitoring for an industrial structure | |
Staszewski et al. | A review of laser Doppler vibrometry for structural health monitoring applications | |
Rizzo et al. | Structural health monitoring of immersed structures by means of guided ultrasonic waves | |
Yu et al. | Case study of guided wave propagation in a one-side water-immersed steel plate | |
WO2016090589A1 (zh) | 一种激光超声金属材料残余应力的无损测量方法及设备 | |
US11692810B2 (en) | Photoacoustic excitation sensing enhanced by cross-correlated unfocused speckle images | |
Lv et al. | Evaluation of fatigue crack orientation using non-collinear shear wave mixing method | |
Osumi et al. | Imaging slit in metal plate using aerial ultrasound source scanning and nonlinear harmonic method | |
Golato et al. | Lamb wave scattering by a symmetric pair of surface-breaking cracks in a plate | |
Allen et al. | Debonding detection at adhesive joints using nonlinear Lamb waves mixing | |
Zhang et al. | Delamination damage imaging method of CFRP composite laminate plates based on the sensitive guided wave mode | |
KR100832839B1 (ko) | 초음파 종파와 횡파를 이용한 두께 측정 장치 및 방법 | |
Hosoya et al. | Measurements of S0 mode Lamb waves using a high-speed polarization camera to detect damage in transparent materials during non-contact excitation based on a laser-induced plasma shock wave | |
Wandowski et al. | Analysis of damage localisation results in GFRP panel for different configurations of air-coupled transducers | |
Hu et al. | Numerical and experimental investigations on mode conversion of guided waves in partially immersed plates | |
Reyes et al. | A numerical study on baseline-free damage detection using frequency steerable acoustic transducers | |
Fomitchov et al. | Extrinsic and intrinsic fiberoptic Sagnac ultrasound sensors | |
Ghadami et al. | Damage identification in multi-step waveguides using Lamb waves and scattering coefficients | |
RU2455637C1 (ru) | Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160312 |