SU493728A1

SU493728A1 - Acoustic Voltage Control in Solid Media

Info

Publication number: SU493728A1
Application number: SU1625240A
Authority: SU
Inventors: Олег Иосифович Гуща; Александр Николаевич Гузь; Владимир Кириллович Лебедев; Филипп Григорьевич Махорт; Владимир Петрович Троценко
Original assignee: Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Ан Украинской Сср
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1971-03-01
Publication date: 1975-11-28

Description

1one

Изобретение отаоситс к области неразрушающих методов и касаетс , в частности , акустического способа измерений напр жений и деформаций.The invention relates to the field of non-destructive methods and concerns, in particular, the acoustic method of measuring stresses and strains.

Известны акустические способы контрол напр жений в твердых средах, заключающиес в том, что посредством лриемло-акустического преобразовател ввод т в исследуемый объект сдвиговые акустические колебани , пол ризованные ,ъ двух взаимио :перпенди«улЯрных пааравлени х, и принимают отраженные виутри объекта акустичеокие сигналы в иа пр жен«ом его состо ние и прИ отсутствии папр жений, определ ют соответствующ.ие скорости .распространени акустических колебаний , по которым суд т о характеристиках напр жений.Acoustic methods for controlling stresses in solid media are known, namely, by means of a transverse acoustic transducer, shear acoustic oscillations polarized by two mutual factors are introduced into the object under study, and the acoustic signals received by the reciprocals are received in two ways. And the spacing of its state and the absence of the loadings determine the corresponding speed of the propagation of acoustic oscillations by which the characteristics of the stresses are judged.

Однако такие способы ,не определ ют направление действи главных на р жепий; непригодны дл измерени остаточных напр жений , так как не позвол ют определить значение исходной скорости волн в исследуемом напр женном объекте; обладают низкой точностью .However, such methods do not determine the direction of action of the principal on the ropes; unsuitable for measuring residual stresses, since they do not allow to determine the value of the initial velocity of the waves in the tested stress object; have low accuracy.

Целью изобретени вл етс определение двухосных остаточных напр жений без разрушени объекта и повышение точности контрол .The aim of the invention is to determine biaxial residual stresses without destroying the object and to increase the accuracy of control.

Это достигаетс за счет того, что в исследуемый напр женный объект перпендикул рноThis is achieved due to the fact that in the studied stress object it is perpendicular

плоскости действи напр жений ввод т также продольные акустические колебани и принимают отражейные внутри объекта сигналы, по измеренным в напр женном объекте значени м скрростей распространени двух сдвиговых и продольных колебаний определ ют начальное значение скорости сдвиговых колебаний, определ ют относительные разность и сумму приращени скоростей от их-начального значени , а одно из взаимно перпендикул рных направлений определ ют поворотом акустического преобразовател вокруг собственной оси до положени , в котором :П1рин тые сигналы располагаютс в последовательный р д с систематически убывающими амплитудами.stress plane also introduces longitudinal acoustic oscillations and receives reflective signals inside the object, the initial value of the velocity of shear oscillations measured by the values of the propagation velocity of two shear and longitudinal vibrations measured in a tense object, the relative difference and the sum of the increments of their velocities -initial value, and one of the mutually perpendicular directions is determined by rotating the acoustic transducer around its own axis to a position in which: 1rin received signals are arranged in a serial row systematically decreasing amplitudes.

Сущность способа заключаетс в. следующем .The essence of the method is. next.

В исследуемый объект, наход щийс в двухоском .напр женном состо нии, ввод т посредством акустического приемно-излучающего преобразовател сдвиговые акустические колебани , пол ризованные в двух взаимно перпендикул рных направлени х.In the object under study, which is in a two-axis stress state, shear acoustic oscillations polarized in two mutually perpendicular directions are introduced by means of an acoustic receiving-emitting transducer.

При одинаковой ориентации излучател и приемника пол ризованных колебаний амплитуда колебаний, прин тых приемником, из-за поворота плоскости пол ризации колебаний, прощедщих через напр женный объект, в зависимости от величины напр жений мен етс по закону модул косинуса: 11 Л rz Ло COS Ttf/ , где Ло - амплитуда колебаний на приемнике при совпадении плоскости пол ризации колебаний с главной плоскостью; / - частота колебаний; /--длина пути упругой волпы в среде; Vsy, Vsz - скорости волн, пол ризованных в направлепии оси у к. z соответственно . Поскольку дл данного материала величина поворота плоскости пол ризации пропорциональна напр жени м, длйне пути и частоте колебаний, то амплитуды различных эхо-сигналов измен ютс с различными скорост ми под вли нием напр жени . Поэтому прин тые преобразователем эхо-сигналы располагаютс в р д с нерегул рио измен ющимис амплитудами . При совпадении же плоскости пол ризации колебаний с главной плоскостью различи в величине амплитуд эхо-сигналов обусловлены , главным образом, затуханием колебаний в исследуемой среде. Поэтому такие сигналы располагаютс в р д с систематически и плавно убывающими амплитудами. Таким образом, наблюда на экране регистрирующего прибора прин тый приемником р д эхо-сигналов, поворачивают акустический преобразователь вокруг собственной оси до положени , в Котором прин тые сипналы располагаютс в последовательный р д с систематически убывающими амплитудами, что позвол ет определить одно из направлений действи главного напр жени . Максимальный угол, на который поворачивают преобразователь, составл ет 90°. Затем измер ют скорости распространени сдвиговых акустических колебаний при пол ризации их в двух взаимно перпендикул рных главных направлени х и распространении в направлении, перпендикул рном обоим этим направлени м. Кроме сдвиговых акустических колебаний в исследуемый объект перпендикул рно плоскости действи напр жений ввод т также продольные акустические колебани и измер ют скорость их распространени . Пачальное значение скорости сдвиговых колебаний в данном объекте нри отсутствии напр жений определ т из зависимости С.„г7гЖ(С,.+С,,, а величипы и знаки главных напр жений определ т по формулам С, -С. с, -с, . Х2ч Cs С, -Гзгде Сл,. н Сз.,-скорости распространени сдвиговых колебаний в напр женном теле прп пол ризации их в плоскости соответствующего главного напр жени и распространении в направлении, перпендикул рном обоим главным; Cg -скорость распространени в том жэ направлении продольных акустических колебаний в напр женном теле; С,-скорость сдвиговых акустических колебаний в ненапр женном теле (начальна скорость); 22, бзз - искомые главные напр жени ; А, В, М, N - коэффициенты пропорциональности , которые определ ютс упругими модул ми второго и третьего пор дков материала и равны: (А -2;л) (l + -- ) V4;л у ;j,2 ( + 36&o;j.2 I л + 2j: - 26 - /. 2;j.| X ;;.2 (Л +2;j, X I + 2;j .|e + 61-А(2д + 4;л4- 26 -гС, 4а у Г+1 2;j- а- b -л (2А -1- 4;н-2й-Ь С| X (-Ч-2;/|- 26-(Д-2;л) l + -- X 2;j. (а - b - /: (2/. -г 4;j. -f 26 + cj где A, и 1-1 - константы Ламе; KO - модуль объемной упругости; а, b -а с - упругие модули третьего пор дка мате1риала. Упругие константы второго и третьего пор дков данного материала, а следовательно н коэффициенты А, В, М vi N определ ют на основе ультразвуковых измерений при одноосном сжатии образцов пр моуголыной формы и в виде сплошного диска из данного материала . Предмет изобретени Акустический способ контрол напр жений в твердых средах, заключающийс в том, что посредством приемно-излучающего акустического преобразовател ввод т в исследуемый объект сдвиговые акустические колебани , по ризованные в двух взаимно перпендикул рных направлени х, и принимают отраженные нутри объекта акустические сигналы в напр -i жевном его состо нии и при отсутствии напр жений , определ ют соответствующие скорости распространени акустических колебаний , до которым суд т о характеристнках напр жений , отлИ чающий с тем, что, с целью определени двухосных остаточных напр жений без разрушени объекта, а также повышени точности контрол , в исследуемый нап|р женный объект перпендикул рно плоскости действи напр жений ввод т также продольные акустические колебани и принимают отраженные внутри объекта сигналы, по измеренным в напр женном объекте значени м скоростей раопространени двух сдвиговых и продольных колебаний определ ют начальное значение скорости сдвиговых колебаний, определ ют относительные разность и суммуWith the same orientation of the emitter and receiver of polarized oscillations, the amplitude of oscillations received by the receiver, due to the rotation of the plane of polarization of oscillations that pave the way through a tense object, varies according to the magnitude of the cosine: 11 L rz Lo COS Ttf /, where Lo is the oscillation amplitude at the receiver when the plane of polarization of oscillations coincides with the main plane; / - oscillation frequency; / is the path length of the elastic wave in the medium; Vsy, Vsz are the velocities of the waves polarized in the direction of the y and k axis axis, respectively. Since for a given material the magnitude of the rotation of the polarization plane is proportional to the voltages, for the path and the oscillation frequency, the amplitudes of the various echoes change at different speeds under the influence of the voltage. Therefore, the echo signals received by the transducer are arranged in a series of irregularly varying amplitudes. When the plane of polarization of oscillations coincides with the main plane, the differences in the magnitudes of the amplitudes of the echo signals are mainly due to the damping of the oscillations in the medium under study. Therefore, such signals are arranged in a series with systematically and smoothly decreasing amplitudes. Thus, an echo-signal received by a receiver is observed on the recorder screen, the acoustic transducer is turned around its own axis to the position in which the received sipnals are arranged in a series with systematically decreasing amplitudes, which allows to determine one of the main directions of operation. tension The maximum angle that the transducer is rotated is 90 °. Then, the velocities of propagation of shear acoustic oscillations are measured when they are polarized in two mutually perpendicular main directions and propagated in a direction perpendicular to both these directions. In addition to shear acoustic oscillations, longitudinal acoustic waves are also introduced into the object under study perpendicular to the plane of action. vibrations and measure their rate of spread. The missing value of the velocity of shear oscillations in a given object, when no stresses are determined, is determined from the dependence of C. „r7HZ (C,. + C ,,, and the magnitudes and signs of the main stresses are determined by the formulas C, C. C, C, Х2ч Cs С, - Гзгде Сл ,. Н Сз., - the velocity of shear oscillations in a stressed body, polarization them in the plane of the corresponding main stress and propagation in the direction perpendicular to both main; Cg - velocity of propagation in that direction of longitudinal acoustic oscillations in a stressed body; C, skoros shear acoustic oscillations in an unstressed body (initial velocity); 22, bzz - the main stresses sought; A, B, M, N are the proportionality coefficients, which are determined by the elastic moduli of the second and third order of the material and are equal to: (A -2; l) (l + -) V4; ly; j, 2 (+ 36o &o; j.2 I l + 2j: - 26 - /. 2; j. | X ;;. 2 (L +2; j, XI + 2; j. | E + 61-A (2d + 4; l4-26-gC, 4a for G + 1 2; j-a-b -l (2A -1-4; n -2y-g C | X (-CH-2; / | - 26- (D-2; l) l + - X 2; j. (a - b - /: (2 /. -г 4; j. -f 26 + cj where A, and 1-1 are Lame constants; KO is the bulk elastic modulus; a, b-a c are the third elastic moduli The elastic constants of the second and third orders of this material, and therefore the coefficients A, B, M vi, and N, are determined on the basis of ultrasound measurements during uniaxial compression of rectangular-shaped samples and in the form of a solid disc made of this material. control of stresses in solid media, which means that by means of a receiving-emitting acoustic transform The transducer introduces shear acoustic vibrations into the object under study, oriented in two mutually perpendicular directions, and receives the acoustic signals reflected in the object inside, for example, its idle state and, in the absence of stresses, determine the corresponding velocities of acoustic oscillations up to which is judged on the characteristics of stresses, which differs from the fact that, in order to determine biaxial residual stresses without destroying the object, as well as increasing the accuracy of control, the stress being investigated object perpendicular to the plane of action of stresses introduced as the longitudinal acoustic vibrations and receive reflected signals within the object, from the measured object in a strained values m raoprostraneni two shear velocities and longitudinal oscillations determined by the initial value of the velocity of shear waves is determined and the amount of the relative difference

шрирашени скоростей от их начального значени , а одно из взаимно перпендикул рных направлений определ ют поворот акустического преобразовател вокруг собственной оси до положени , в котором прин тые сигналы располагаютс :В последовательный р д с систематически убываюшими амплитудами.speeds from their initial value, and one of the mutually perpendicular directions determine the rotation of the acoustic transducer around its own axis to the position in which the received signals are located: In a series with systematically decreasing amplitudes.