RU2626571C1 - Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity - Google Patents

Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity Download PDF

Info

Publication number
RU2626571C1
RU2626571C1 RU2016142855A RU2016142855A RU2626571C1 RU 2626571 C1 RU2626571 C1 RU 2626571C1 RU 2016142855 A RU2016142855 A RU 2016142855A RU 2016142855 A RU2016142855 A RU 2016142855A RU 2626571 C1 RU2626571 C1 RU 2626571C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature coefficient
speed
ultrasound
temperature
determined
Prior art date
Application number
RU2016142855A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Гончар
Василий Васильевич Мишакин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority to RU2016142855A priority Critical patent/RU2626571C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626571C1 publication Critical patent/RU2626571C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H5/00—Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: in order to determine the temperature coefficient of ultrasound velocity, data on change in the material acoustic properties is used. The essence of the method consists in the fact that in an undeformed and deformed material, at different temperatures, elastic waves are excited, their propagation velocity is determined, and the temperature coefficient of ultrasound velocity is calculated according to the results of measurements. Using the obtained analytical dependence, it is possible to determine the temperature coefficient for intermediate temperature values and plastic deformation value, wherein the deformation can be determined by an acoustic method, by measuring the parameter of acoustic anisotropy independent of temperature.
EFFECT: improved data accuracy.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения температурного коэффициента скорости ультразвука в твердых телах.The invention relates to instrumentation and can be used to determine the temperature coefficient of the speed of ultrasound in solids.

Известен способ определения температурного коэффициента скорости ультразвука, заключающийся в измерении изменений с температурой временных интервалов между эхо-импульсами из двух слоев иммерсионной жидкости с образца с фиксированными расстояниями между двумя преобразователями и между одним из преобразователей и ближайшей поверхностью образца (Недбай Александр Иванович. Способ определения температурного коэффициента скорости ультразвука (RU 1742632).A known method for determining the temperature coefficient of the speed of ultrasound, which consists in measuring changes with temperature in the time intervals between echo pulses from two layers of immersion liquid from a sample with fixed distances between two transducers and between one of the transducers and the nearest surface of the sample (Nedby Alexander Ivanovich. Method for determining the temperature ultrasound velocity coefficient (RU 1742632).

В качестве прототипа выбран способ определения температурного коэффициента скорости ультразвука, заключающийся в том, что в образце возбуждают бегущую ультразвуковую волну, измеряют ее скорость, нагревают образец до заданной температуры; повторно определяют скорость и по результатам измерений рассчитывают температурный коэффициент скорости ультразвука. (Авторское свидетельство СССР №325511, кл. G01Н 5/00, 1972 (прототип)).As a prototype, a method for determining the temperature coefficient of ultrasound velocity was selected, namely, that a traveling ultrasonic wave is excited in a sample, its speed is measured, the sample is heated to a predetermined temperature; re-determine the speed and the measurement results calculate the temperature coefficient of the speed of ultrasound. (USSR author's certificate No. 325511, class G01H 5/00, 1972 (prototype)).

Недостатком указанных выше способов является то, что в общем случае температурный коэффициент не является константой и зависит от структурного состояния материала, изменяющегося, например, в результате пластического деформирования, поэтому при указанных выше способах определение численного значения температурного коэффициента необходимо было бы производить после каждого акта пластического деформирования, что трудоемко и не всегда осуществимо.The disadvantage of the above methods is that in general the temperature coefficient is not constant and depends on the structural state of the material, changing, for example, as a result of plastic deformation, therefore, with the above methods, the numerical value of the temperature coefficient should be determined after each plastic act deformation, which is laborious and not always feasible.

Задачей, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение точности определения скорости распространения упругих волн в твердых телах при различных температурах и величинах пластической деформации.The task to which this invention is directed, is to increase the accuracy of determining the propagation velocity of elastic waves in solids at various temperatures and values of plastic deformation.

Технический результат достигается тем, что, как и в прототипе, в образце возбуждают бегущую ультразвуковую волну, измеряют ее скорость, нагревают образец до заданной температуры, повторно определяют скорость и по результатам измерений рассчитывают температурный коэффициент скорости ультразвука.The technical result is achieved by the fact that, as in the prototype, a traveling ultrasonic wave is excited in a sample, its speed is measured, the sample is heated to a predetermined temperature, the speed is re-determined, and the temperature coefficient of ultrasound speed is calculated from the measurement results.

Новым является то, что температурный коэффициент определяют как минимум для двух значений величины пластической деформации и устанавливают зависимость температурного коэффициента от величины пластической деформации, которую используют в дальнейшем для определения температурного коэффициента при промежуточных значениях величины пластической деформации.What is new is that the temperature coefficient is determined for at least two values of the plastic strain value and the dependence of the temperature coefficient on the plastic strain value is established, which is then used to determine the temperature coefficient at intermediate values of the plastic strain.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

В материале возбуждают бегущую ультразвуковую волну, измеряют ее скорость, нагревают образец до заданной температуры, повторно определяют скорость и по результатам измерений рассчитывают температурный коэффициент скорости ультразвука. Затем материал деформируют на определенную величину пластической деформации. Затем в деформированном материале возбуждают бегущую ультразвуковую волну, измеряют ее скорость, нагревают образец до заданной температуры, повторно определяют скорость и по результатам измерений рассчитывают температурный коэффициент скорости ультразвука в деформированном материале. Получают зависимость температурного коэффициента скорости ультразвука от деформации.A traveling ultrasonic wave is excited in the material, its speed is measured, the sample is heated to a given temperature, the speed is re-determined, and the temperature coefficient of the speed of ultrasound is calculated from the measurement results. Then the material is deformed by a certain amount of plastic deformation. Then, a traveling ultrasonic wave is excited in the deformed material, its speed is measured, the sample is heated to a predetermined temperature, the speed is re-determined, and the temperature coefficient of the speed of ultrasound in the deformed material is calculated from the measurement results. Get the dependence of the temperature coefficient of the speed of ultrasound on the deformation.

Для определения величины пластической деформации измеряют время распространения поперечных упругих волн, поляризованных вдоль и поперек оси деформирования. Рассчитывают параметр акустической анизотропии, зависящий от величины пластической деформации и не зависящий от температуры по формулеTo determine the magnitude of plastic deformation, the propagation time of transverse elastic waves polarized along and across the deformation axis is measured. The parameter of acoustic anisotropy is calculated, which depends on the magnitude of plastic deformation and does not depend on temperature by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где τzx, τzy - время распространения поперечных упругих волн, поляризованных вдоль и поперек оси деформирования.where τ zx , τ zy is the propagation time of transverse elastic waves polarized along and across the deformation axis.

Расчет пластической деформации производят с помощью выражения:The calculation of plastic deformation is performed using the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔА=А-А0, А0 - значение параметра акустической анизотропии в недеформированном образце, А - значение параметра акустической анизотропии, соответствующее текущей величине пластической деформации, kε - коэффициент, определяемый из эксперимента.where ΔA = A-A 0 , A 0 is the value of the acoustic anisotropy parameter in the undeformed sample, A is the value of the acoustic anisotropy parameter corresponding to the current value of plastic deformation, k ε is the coefficient determined from experiment.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет учесть влияние температуры и пластического деформирования на температурный коэффициент скорости распространения акустических колебаний в твердых телах, а значит, повысить точность определения скорости распространения упругих волн в твердых телах при различных температурах и величинах пластической деформации.Thus, the proposed method allows to take into account the influence of temperature and plastic deformation on the temperature coefficient of the propagation velocity of acoustic vibrations in solids, and therefore, to increase the accuracy of determining the propagation velocity of elastic waves in solids at different temperatures and values of plastic deformation.

Пример примененияApplication example

В образце из алюминиевого сплава возбуждали ультразвуковые продольные и поперечные волны, измеряли скорости их распространения. Затем образец медленно охлаждали и в процессе охлаждения повторно определяли скорости распространения волн. Затем образец подвергали пластическому деформированию при одноосном растяжении на величину 16% и снова при медленном охлаждении определяли скорости распространения ультразвуковых волн. При последующей операции образец подвергали пластическому деформированию при одноосном растяжении на величину 25% и снова при медленном охлаждении определяли скорости распространения ультразвуковых волн. Строили график зависимости изменения скорости распространения продольных волн от изменения температуры (фиг. 1).Ultrasonic longitudinal and transverse waves were excited in a sample of aluminum alloy, and their propagation velocities were measured. Then the sample was slowly cooled and during the cooling process, the wave propagation velocities were re-determined. Then, the sample was subjected to plastic deformation under uniaxial tension by 16% and again, with slow cooling, the propagation velocities of ultrasonic waves were determined. In the subsequent operation, the sample was subjected to plastic deformation under uniaxial tension by 25% and again, with slow cooling, the propagation velocity of ultrasonic waves was determined. We plotted the dependence of the change in the velocity of propagation of longitudinal waves on the temperature change (Fig. 1).

Рассчитывали температурный коэффициент скорости ультразвука при различных значениях величины пластической деформации. Зависимость температурного коэффициента скорости ультразвука в алюминиевом сплаве от величины пластической деформации ε можно представить в виде:The temperature coefficient of ultrasound velocity was calculated for various values of plastic strain. The dependence of the temperature coefficient of the speed of ultrasound in an aluminum alloy on the value of plastic strain ε can be represented as:

Kv=-4.1⋅ε-1.24.K v = -4.1⋅ε-1.24.

Для каждого значения величины пластической деформации рассчитывали параметр акустической анизотропии по формуле (1). Зная величину пластической деформации и соответствующее значение параметра акустической анизотропии, определили коэффициент kε=-2014. Как показали экспериментальные исследования, параметр акустической анизотропии не зависит от температуры, коэффициент kε не изменяется в процессе нагрева в исследуемом диапазоне температур.For each value of the plastic strain, the acoustic anisotropy parameter was calculated by the formula (1). Knowing the magnitude of plastic deformation and the corresponding value of the acoustic anisotropy parameter, we determined the coefficient k ε = -2014. As experimental studies have shown, the parameter of acoustic anisotropy does not depend on temperature, the coefficient k ε does not change during heating in the studied temperature range.

Окончательное выражение для расчета температурного коэффициента скорости ультразвука в алюминиевом сплаве принимает следующий вид:The final expression for calculating the temperature coefficient of the speed of ultrasound in an aluminum alloy takes the following form:

Kv=8057.4⋅ΔА-1.24.K v = 8057.4⋅ΔA-1.24.

Claims (2)

1. Способ определения температурного коэффициента скорости ультразвука, заключающийся в том, что в образце возбуждают бегущую ультразвуковую волну, измеряют ее скорость, нагревают образец до заданной температуры, повторно определяют скорость и по результатам измерений рассчитывают температурный коэффициент скорости ультразвука, отличающийся тем, что температурный коэффициент определяют как минимум для двух значений величины пластической деформации и устанавливают зависимость температурного коэффициента от величины пластической деформации, которую используют в дальнейшем для определения температурного коэффициента при промежуточных значениях величины пластической деформации.1. A method for determining the temperature coefficient of ultrasound velocity, namely, that a traveling ultrasonic wave is excited in a sample, its speed is measured, the sample is heated to a predetermined temperature, the speed is re-determined, and the temperature coefficient of ultrasound speed is calculated from the measurement results, characterized in that the temperature coefficient determine at least two values of plastic strain and establish the dependence of the temperature coefficient on the value of plastic d deformation, which is used in the future to determine the temperature coefficient at intermediate values of plastic strain. 2. Способ определения температурного коэффициента скорости ультразвука в твердых телах по п. 1, отличающийся тем, что величину пластической деформации определяют по времени прохождения поперечных упругих волн различной поляризации.2. A method for determining the temperature coefficient of the speed of ultrasound in solids according to claim 1, characterized in that the amount of plastic deformation is determined by the transit time of transverse elastic waves of different polarization.
RU2016142855A 2016-10-31 2016-10-31 Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity RU2626571C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142855A RU2626571C1 (en) 2016-10-31 2016-10-31 Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142855A RU2626571C1 (en) 2016-10-31 2016-10-31 Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626571C1 true RU2626571C1 (en) 2017-07-28

Family

ID=59632395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016142855A RU2626571C1 (en) 2016-10-31 2016-10-31 Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626571C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786717C1 (en) * 2022-02-03 2022-12-26 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Качество" Method for determining the temperature coefficient of ultrasonic velocity

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU325511A1 (en) * METHOD OF MEASURING THE TEMPERATURE SPEED COEFFICIENT OF THE SPEED DISTRIBUTION OF ACOUSTIC VIBRATIONS IN MEDIA
SU968622A1 (en) * 1981-04-30 1982-10-23 Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Method of determining temperature coefficient of ultrasound velocity
SU1682906A1 (en) * 1988-03-28 1991-10-07 П.К.Яшынев Method of estimating internal stresses in specimens
SU1732177A1 (en) * 1989-12-13 1992-05-07 Ленинградский государственный университет Method of determining ultrasound velocity temperature coefficient
SU1742632A1 (en) * 1989-12-27 1992-06-23 Ленинградский государственный университет Measurement technique for determining temperature coefficient of ultrasonic speed

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU325511A1 (en) * METHOD OF MEASURING THE TEMPERATURE SPEED COEFFICIENT OF THE SPEED DISTRIBUTION OF ACOUSTIC VIBRATIONS IN MEDIA
SU968622A1 (en) * 1981-04-30 1982-10-23 Ростовский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Method of determining temperature coefficient of ultrasound velocity
SU1682906A1 (en) * 1988-03-28 1991-10-07 П.К.Яшынев Method of estimating internal stresses in specimens
SU1732177A1 (en) * 1989-12-13 1992-05-07 Ленинградский государственный университет Method of determining ultrasound velocity temperature coefficient
SU1742632A1 (en) * 1989-12-27 1992-06-23 Ленинградский государственный университет Measurement technique for determining temperature coefficient of ultrasonic speed

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.В. Гончар, В.В. Мишакин, "ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ В СТРУКТУРНО-НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ И МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ", Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, номер 3(96), 2012 г., с.221-226. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786717C1 (en) * 2022-02-03 2022-12-26 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Качество" Method for determining the temperature coefficient of ultrasonic velocity

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Guided wave-based identification of multiple cracks in beams using a Bayesian approach
Ben et al. Damage identification in composite materials using ultrasonic based Lamb wave method
CN102297898B (en) Laser ultrasonic measuring method for third order elastic constant of metal
Shi et al. In situ estimation of applied biaxial loads with Lamb waves
CN105628790B (en) A kind of inside configuration temperature field measurement method based on material property Parameters variation
Hu et al. Experimental study on the surface stress measurement with Rayleigh wave detection technique
Kazys et al. Measurement of viscosity of highly viscous non-Newtonian fluids by means of ultrasonic guided waves
CN108008022B (en) Ultrasonic wave propagation speed measuring method along with temperature change
CN116956644B (en) Rail longitudinal stress detection method based on ultrasonic guided wave characteristics
Liu et al. Modeling of three-dimensional Lamb wave propagation excited by laser pulses
Sun et al. Monitoring early age properties of cementitious material using ultrasonic guided waves in embedded rebar
CN112326786A (en) Metal plate stress detection method based on electromagnetic ultrasonic Lamb wave S1 modal group velocity
Pham et al. Effect of temperature on ultrasonic velocities, attenuations, reflection and transmission coefficients between motor oil and carbon steel estimated by pulse-echo technique of ultrasonic testing method
Erofeev et al. Ultrasonic sensing method for evaluating the limit state of metal structures associated with the onset of plastic deformation
CN107748205A (en) A kind of elastic constant measurement method varied with temperature
Matikas Damage characterization and real-time health monitoring of aerospace materials using innovative NDE tools
Suchkov et al. A non-contact multifunctional ultrasonic transducer for measurements and non-destructive testing
RU2626571C1 (en) Method for determining temperature coefficient of ultrasound velocity
Kojima Inverse problem for internal temperature distribution of metal products using pulser-receiver EMAT
Budelli et al. Evaluation of ultrasonic techniques for on line coagulation monitoring in cheesemaking
Wang et al. A U-shape shear horizontal waveguide sensor for on-line monitoring of liquid viscosity
RU2660770C1 (en) Acoustical method of determination of elastic constants of current-conducting solids
RU2598980C2 (en) Ultrasonic method for determination of residual stresses in welded joints of pipelines
Zhu et al. The potential of ultrasonic non-destructive measurement of residual stresses by modal frequency spacing using leaky lamb waves
RU2578772C2 (en) Method for determining the strength ice in ice towing basin