1. Прикладна програма: Вимірювання модуля поздовжньої пружності, модуля зсуву і коефіцієнта Пуассона...
2. устаткування:
3. процедура:

Прикладна програма:

Вимірювання модуля поздовжньої пружності, модуля зсуву і коефіцієнта Пуассона (поперечної деформації) в недісперсіонних ізотропних конструкційних матеріалах.

Загальні відомості:

Модуль Юнга (модуль поздовжньої пружності) визначається як відношення напруги (сила на одиницю площі) до деформації стиснення.
Модуль зсуву визначається як відношення напруги зсуву до деформації зсуву.
Коефіцієнт Пуассона відношення відносної поперечного стиснення до відносного поздовжнього розтягування.

Ці основні властивості матеріалів обов'язково враховуються у виробництві і в різних наукових дослідженнях, і визначаються за допомогою виміряних значень швидкості звуку і щільності матеріалу. Швидкість поширення звуку легко обчислюється шляхом ультразвукового контролю в режимі імпульс-відлуння з використанням відповідного обладнання. Представлена ​​нижче процедура дійсна для будь-якого однорідного, ізотропного, недісперсіонного матеріалу (швидкість звуку не змінюється з частотою). Сюди включені найбільш поширені метали, промислова кераміка і скло, за умови, що розміри поперечного перерізу не близькі довжині хвилі частоти контролю. Жорсткі пластики, такі як полістирол і акрил, також можуть бути виміряні, незважаючи на те, що вони мають високий коефіцієнт загасання ультразвуку.

Каучук не може бути виміряна ультразвуковим методом через високий ступінь дисперсії і нелінійно пружних властивостей. М'які пластики точно так же показують високий ступінь загасання в режимі зсувних хвиль, і зазвичай не можуть бути виміряні. У разі анізотропних матеріалів, пружність варіюється в залежності від напрямку, так само як і швидкість поширення поздовжніх хвиль і / або зсувних хвиль. Для генерації повної матриці модуля пружності в анізотропних зразках зазвичай потрібно шість серій ультразвукових вимірювань. Пористість або зернистість матеріалу може впливати на точність вимірювання модуля пружності, оскільки викликає коливання швидкості звуку виходячи з розміру та орієнтації зерен або розміру і розподілу пір, незалежно від пружності матеріалу.

устаткування:

Для вимірювання швидкості звуку при розрахунку пружності зазвичай використовуються прецизійні толщиномери 38DL PLUS або 45MG з ПО для одноелементні ПЕП , Або дефектоскопи з функцією вимірювання швидкості звуку (наприклад, серії EPOCH). Генератори / приймачі моделі 5072PR або 5077PR в комбінації з осцилографом або дискретизатор сигналів також можуть використовуватися для вимірювання часу поширення хвиль. Для даного тесту буде потрібно два перетворювача, що підходять для луна-імпульсного вимірювання швидкості звуку в матеріалі поздовжніми і поперечними хвилями. Серед найбільш використовуваних ПЕП: широкосмуговий перетворювач поздовжніх хвиль M112 або V112 (10 МГц) і перетворювач поперечних хвиль з нормальним кутом падіння V156 (5 МГц). Вони підходять для вимірювання найбільш поширених металів і обпалених керамічних зразків. Для вимірювання дуже товстих і дуже тонких матеріалів або зразків з високим загасанням ультразвуку потрібні спеціальні перетворювачі. У деяких випадках застосовується тіньової метод контролю (метод наскрізного проникання) з використанням двох перетворювачів, розташованих на одній осі, по різні боки перевіряється вироби. При виборі перетворювача або настройці приладу необхідно проконсультуватися з фахівцем Olympus.

Тестовий зразок може бути будь-якої форми, що дозволяє виконувати ехо-імпульсний вимір часу проходження ультразвуку через матеріал. Зазвичай, це зразок товщиною 12,5 мм з рівними паралельними поверхнями, ширина або діаметр якого більше діаметра використовуваного перетворювача. Необхідно проявляти крайню обережність при вимірюванні вузьких зразків через можливих прикордонних ефектів, які можуть вплинути на виміряний час проходження імпульсу. При використанні сильно тонких зразків, дозвіл буде обмежено через невеликі коливань у часі проходження імпульсу через короткий УЗ-шлях. Ми рекомендуємо брати зразки товщиною мінімум 5 мм, але бажано товщі. У всіх випадках товщина тестового зразка повинна бути точно відома.

процедура:

Виміряйте швидкість поширення поздовжніх і зсувних хвиль тестового зразка з використанням відповідних ПЕП і налаштувань приладу. Для вимірювання швидкості зсувних хвиль буде потрібно спеціальна контактна рідина високої в'язкості, як наприклад SWC. Товщиноміри 38DL PLUS і 45MG можуть безпосередньо вимірювати швидкість звуку в матеріалі на основі введеної товщини зразка, а дефектоскопи серії EPOCH вимірюють швидкість звуку в ході калібрування швидкості звуку. В обох випадках, дотримуйтесь рекомендованої процедури вимірювання швидкості звуку, представленої в керівництві по експлуатації приладу. При використанні генератора / приймача, зафіксуйте час проходження сигналу туди і назад через ділянку відомої товщини за допомогою перетворювачів поздовжніх і поперечних хвиль, і розрахуйте:

При необхідності, переведіть одиниці виміру швидкості звуку в дюйм / с або см / с. (Взагалі-то, вимірюється в мікросекундах; для отримання вимірювань в дюйм / с або см / с помножте дюйм / мкс або см / мкс на 106.) Отримані значення швидкості звуку можуть використовуватися в наступних формулах.

Примітка: Якщо швидкість звуку виражена в см / с, а щільність - в г / см3, модуль пружності буде виражений в дин / см2. Якщо ви використовуєте англійську систему заходів (дюйм / с і фунт / дюйм3) для розрахунку модуля пружності в фунтах на кв. дюйм (PSI), не плутайте фунт (одиницю виміру сили) з фунтом (одиницею вимірювання маси). Оскільки модуль пружності виражений як сила на одиницю площі, при розрахунку в англійській системі заходів необхідно помножити результат вищевказаної формули на коефіцієнт перерахунку маса / сила (1 / прискорення вільного падіння) для отримання значення пружності в фунтах на кв. дюйм. Якщо вихідні розрахунки виконані в метричних одиницях, використовуйте коефіцієнт конверсії 1 psi = 6,89 x 104 дин / см 2. Ви також можете ввести швидкість звуку в дюймах / с, а щільність - в г / см 3, а потім розділити на коефіцієнт перерахунку 1,07 x 104 для отримання пружності в PSI.

Для визначення модуля зсуву помножте квадрат швидкості поширення поперечної хвилі на щільність.
Знову ж таки, використовуйте одиниці виміру см / с і г / см 3 для отримання модуля пружності в дин / см2 або англійську систему заходів (дюйм / с і фунт / дюйм3) і помножте результат на коефіцієнт перерахунку маса / сила.
Бібліографія
Детальніше про вимірювання модулів пружності ультразвуковим методом см. В представлених нижче джерелах:
1. Moore, P. (ed.), Nondestructive Testing Handbook, Volume 7, American Society for Nondestructive Testing, 2007, pp. 319-321.
2. Krautkramer, J., H. Krautkramer, Ultrasonic Testing of Materials, Berlin, Heidelberg, New York-1990 (Fourth Edition), pp. 13-14, 533-534.