RU2688877C1 - Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов - Google Patents
Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688877C1 RU2688877C1 RU2018117638A RU2018117638A RU2688877C1 RU 2688877 C1 RU2688877 C1 RU 2688877C1 RU 2018117638 A RU2018117638 A RU 2018117638A RU 2018117638 A RU2018117638 A RU 2018117638A RU 2688877 C1 RU2688877 C1 RU 2688877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer composite
- strength characteristics
- composite materials
- rod
- rods
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Использование: для определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что при определении прочностных характеристик полимерных композиционных материалов выполняют измерение скоростей стержневой и крутильной волн в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е, при этом используют прутки длиной, многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности и достоверности определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов.
Description
Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при ультразвуковом контроле физико-химических, физических и механических характеристик полимерных композитных материалов.
Известен способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов (патент RU 2461820), в основе которого лежит анализ изменений спектра прошедшего импульса в полимерном композиционном материале контролируемого изделия.
Устройство, реализующее указанный выше способ, содержит два ультразвуковых преобразователя, установленных на поверхности контролируемого изделия на заданном расстоянии с той же или с противоположной стороны стенки контролируемого изделия. Устройство работает следующим образом: измеряют спектр импульса, прошедшего в полимерном композиционном материале контролируемого изделия, с учетом которого определяют прочностные характеристики полимерного композиционного материала, при этом, дополнительно, осуществляют возбуждение и прием импульсов ультразвуковых колебаний в полимерном композиционном материале образцов-свидетелей после их изготовления и измеряют спектры импульсов, прошедших в полимерном композиционном материале этих образцов-свидетелей, после чего образцы-свидетели подвергают механическим, тепловым и иным повреждающим воздействиям, имитирующим эксплуатационные нагрузки, повторно возбуждают и принимают импульсы ультразвуковых колебаний в полимерном композиционном материале образцов-свидетелей и измеряют спектры импульсов, прошедших в полимерном композиционном материале этих образцов-свидетелей после повреждающих воздействий, а прочностные характеристики полимерного композиционного материала контролируемого изделия определяют по определенной корреляционной связи.
Недостатками известного способа и устройства, его реализующего, являются: необходимость проведения предварительных исследований на образцах свидетелях и расчета корреляционных зависимостей, сложность реализации, низкая точность измерения.
Кроме того, известен способ определения физико-механических характеристик материалов, заключающийся в том, что на поверхности контролируемого изделия с помощью преобразователя возбуждают упругие колебания, принимают с той же поверхности прошедшие по толщине изделия отраженные эхо-сигналы этих колебаний и по параметрам принятого сигнала определяют пористость, плотность и механические свойства материала изделия, а пористость, плотность и механические свойства материала определяют по полной мощности шумовой компоненты рассеянного назад акустического сигнала, рассчитываемой по формуле где S(ƒ) - измеренный спектр сигнала, отраженного от пор и структуры материала; - сглаженный на интервале Δƒ=ƒm a x-ƒmin спектр ультразвукового сигнала; ƒ - частота; ƒm a x и ƒmin -границы частотного диапазона.
Возбуждение упругих колебаний осуществляют лазерным оптико-акустическим преобразователем широкополосным сигналом в спектральном диапазоне 0,1÷20 МГц импульсами с энергией 1÷10 мДж, длительностью не более 0,05 мкс и частотой повторения не менее 10 Гц (патент РФ №2214590).
Недостатком данного способа является низкая точность определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов, обусловленная тем, что импульс ультразвуковых колебаний в материале проходит очень малый путь, равный удвоенной толщине объекта контроля. В течение короткого времени прохождения ультразвукового сигнала в контролируемом материале происходит незначительное изменение параметров сигнала, что не позволяет на фоне мешающих факторов получить достаточную (для практического применения этого способа) точность определения прочностных характеристик.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ определения физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов, заключающийся в том, что два преобразователя располагаются на поверхности объекта контроля с одной или с разных сторон контролируемой конструкции на определенном расстоянии друг от друга, с помощью которых возбуждают и принимают импульсы ультразвуковых колебаний и измеряют параметры прошедших в материале сигналов, с учетом которых определяют физико-механические характеристики материала (стандарт Е 1495-94 Американского общества испытаний материалов ASTM).
Недостатками данного способа определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов являются малые точность и достоверность полученных результатов ввиду того, что способ-прототип не позволяет при прозвучивании материала получить информацию со значительных его объемов, что искажает спектральные составляющие, которые несут информацию о структуре материала и при этом не связаны с конструктивными особенностями объекта контроля. Способ-прототип не позволяет также определить значения прочностных характеристик материала, а лишь дает возможность выявить структурные неоднородности, которые определяют физико-механические характеристики материала.
Технической задачей изобретения является создание способа, позволяющего повысить точность и достоверность определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов. Предлагаемый способ и устройство для его осуществления направлены на повышение точности и достоверности измерения при упрощении конструкции.
Задача решена тем, что способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов включает в себя измерение скоростей стержневой и крутильной волны в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е. При этом в измерениях используют прутки длиной многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости.
Положительный технический результат, обеспечиваемый указанной совокупностью признаков, состоит в повышении точности и достоверности измерения акустических скоростей за счет прозвучивания значительных объемов полимерных композиционных материалов, отсутствия дисперсии скорости волны и многообразия ее мод в виду использования продольной и сдвиговой волн в протяженном объекте в виде прутка из полимерных композиционных материалов, отсутствия необходимости регистрации частотных параметров ультразвуковой волны, распространяющейся в полимерных композиционных материалах, в упрощении и удешевлении конструкции устройства, достигаемом за счет отсутствия специальных приспособлений в акустическом блоке, в том числе отсутствие волноводов, контактирующих с преобразователями. Способ осуществляют следующим образом.
Для измерения используют прутки длиной многократно превышающей их диаметр. Прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны значительно большей диаметра прутков. В условиях незначительного затухания и низкой дисперсии скорости импульс отражается от противоположного торца прутка и возвращается в зону излучения и вновь проходит по телу прутка до противоположного торца и обратно. По результатам измерения длины прутка L и времени прохождения импульса по прутку/рассчитывают скорость стержневой и крутильной волны и по известным соотношениям и затем находят модуль сдвига G и модуль Юнга Е.
Пример осуществления способа определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов приведен для 5 партий композитной арматуры разных производителей, представленных прутками длиной 6 м с условным диаметром 8 мм и общим объемом более 1100 шт.
В результате, в соответствии с описанной выше методикой проведения измерений, определены средние скорости стержневой и крутильной волны и соответствующие им значения модуля Юнга Е и модуля сдвига G, (представлены в таблице 1). Расчеты проведены с учетом предварительно измеренной плотности материала композитной арматуры.
Claims (1)
- Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов, включающий измерение скоростей стержневой и крутильной волн в прутках с последующим расчетом модуля сдвига G и модуля Юнга Е, отличающийся тем, что используют прутки длиной, многократно превышающей их диаметр, а прозвучивание прутков производят с их торцевой части стержневой и крутильной волнами с длиной волны, значительно большей диаметра прутка в условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018117638A RU2688877C1 (ru) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018117638A RU2688877C1 (ru) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2688877C1 true RU2688877C1 (ru) | 2019-05-22 |
Family
ID=66636637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018117638A RU2688877C1 (ru) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2688877C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU855492A1 (ru) * | 1979-12-26 | 1981-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов | Устройство дл ультразвукового иммерсионного контрол цилиндрических изделий |
JPH09145698A (ja) * | 1995-11-20 | 1997-06-06 | Hitachi Cable Ltd | 金属棒材の超音波探傷装置 |
RU2245543C2 (ru) * | 2002-09-09 | 2005-01-27 | Волгоградский государственный университет | Способ контроля дефектности изделия |
JP2008122090A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Daido Steel Co Ltd | ロッド材の超音波探傷方法及び超音波探傷システム |
RU2406083C1 (ru) * | 2009-10-08 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" | Способ определения дефектности титанового проката |
-
2018
- 2018-05-11 RU RU2018117638A patent/RU2688877C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU855492A1 (ru) * | 1979-12-26 | 1981-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов | Устройство дл ультразвукового иммерсионного контрол цилиндрических изделий |
JPH09145698A (ja) * | 1995-11-20 | 1997-06-06 | Hitachi Cable Ltd | 金属棒材の超音波探傷装置 |
RU2245543C2 (ru) * | 2002-09-09 | 2005-01-27 | Волгоградский государственный университет | Способ контроля дефектности изделия |
JP2008122090A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Daido Steel Co Ltd | ロッド材の超音波探傷方法及び超音波探傷システム |
RU2406083C1 (ru) * | 2009-10-08 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" | Способ определения дефектности титанового проката |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Стандарт E 1495-94 Американского общества испытаний материалов ASTM. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6322507B1 (en) | Ultrasonic apparatus and method for evaluation of bone tissue | |
Goujon et al. | Behaviour of acoustic emission sensors using broadband calibration techniques | |
JP2012141230A (ja) | 非破壊検査装置 | |
AU2018359026B2 (en) | Device and method for determining the elasticity of soft-solids | |
Martinez et al. | Ultrasonic attenuation in pure water: Comparison between through-transmission and pulse-echo techniques | |
RU2688877C1 (ru) | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов | |
US20110048134A1 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus | |
Zhang et al. | Parameter measurement of thin elastic layers using low-frequency multi-mode ultrasonic lamb waves | |
RU2661455C1 (ru) | Способ определения вязкоупругих свойств жидких и твёрдых сред и устройство для его реализации | |
RU2319957C2 (ru) | Способ ультразвукового контроля предела прочности при разрыве полимеров | |
Simonetti et al. | Ultrasonic interferometry for the measurement of shear velocity and attenuation in viscoelastic solids | |
RU2461820C1 (ru) | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов | |
JP2001343365A (ja) | 金属薄板の厚み共振スペクトル測定方法及び金属薄板の電磁超音波計測方法 | |
JP4403280B2 (ja) | 軟質薄膜の物性値測定方法とそのための装置 | |
RU2196982C2 (ru) | Способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов в конструкциях ультразвуковым методом | |
RU187411U1 (ru) | Устройство для определения упругих констант твердых тел | |
Wei et al. | Complex Young's modulus measurement by incident wave extracting in a thin resonant bar | |
RU2362487C2 (ru) | Способ неинвазивного измерения скорости распространения акустических колебаний в эластичной ткани | |
RU2274856C1 (ru) | Способ определения степени полимеризации композиционных материалов | |
JP2007309850A5 (ru) | ||
RU2231054C1 (ru) | Способ определения степени полимеризации композиционных материалов | |
RU2786717C1 (ru) | Способ определения температурного коэффициента скорости ультразвука | |
RU2334224C1 (ru) | Способ измерения среднего размера зерна материала ультразвуковым методом | |
RU2793565C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля материалов и изделий | |
Hosten et al. | Acoustic wave generation by microwaves and applications to nondestructive evaluation |