Неразрушающие методы испытаний - Область применения ультразвуковых методов

Область применения ультразвуковых методов

Определение динамического модули упругости. Скорость распро­странения упругих колебаний связана с динамическим модулем упруго­сти Е_дин и плотностью проверяемого материала соотношением

справедливым для случая продольных колебаний в стержне (одномерная задача).

Определив экспериментально скорость распространения волны ко­лебаний в элементе, длина которого велика по сравнению с его поперечны­ми размерами, находим. E_дин=v², если плотность материала известна.

В массивных и плитных конструкциях, т. е. для случаев трехмер­ной (пространственной) н двухмерной задач, а также для поперечных коле­баний зависимость между E_дин и v определяется более сложными соотно­шениями, в которые кроме входит также коэффициент Пуассона μ рассматриваемого материала.

Для одновременного нахождения всех трех параметров (Е_дин, и μ) необходимо сопоставление по крайней мере трех экспериментов по опре­делению v, произведенных в разных условиях с применением продольных и поперечных колебаний и в конструкциях разной размерности - простран­ственных, плитных и стержневых.

Определение толщины элемента при одностороннем доступе.

Рис. 2. Схема измерения толщины резонансным методом; 1 - исследуемая деталь; 2 - пьезоэлемент; 3 - совпадающие амплитуды прямой и обратной «стоячей» волны; h - толщина детали

В серийно выпускаемых для этой цепи толщиномерах используется непре­рывное излучение продольных ультразвуковых волн регулируемой часто­ты. На рис. 2 показан график распространения колебаний (условно на­правленных не вдоль, а поперек направления луча) по толщине стенки. Дойдя до противоположной ее грани, волна отражается и идет в обратном направлении. Если проверяемый размер h точно равен длине полуволны (или кратен этой величине), а противоположная грань соприкасается с ме­нее плотной средой, то прямые и отраженные волны совпадают. Амплиту­ды колебании самой пьезопластинки при этом резко возрастают (явление резонанса), что сопровождается соответствующим увеличением разности потенциалов на ее поверхностях.

Замерив соответствующую резонансную частоту f и зная скорость распространения волн по длине 2h (суммарный ход прямого и отраженного лучей), находим проверяемую толщину по формуле:

Для стали скорость продольных ультразвуковых волн практически постоянна (=5,7∙10⁵ см/сек), что даст возможность, меняя частоту в преде­лах от 20 до 100 тыс. гц надежно измерять толщину стенок от долей мил­лиметра до нескольких сантиметров.