1. Зв'язок швидкості ультразвука з механічними напруженнями
1.1 Акустотензометрія
Тензометрія - вимірювання напруг і деформацій у твердих тілах. Акустична тензометрія заснована на явищі акустопружності яке полягає у зміні швидкості поширення пружних хвиль під впливом напруг.
Пружна деформація твердих тіл описується законом Гука.
В
Рис. 1. Діаграма розтягування твердого тіла
Модуль Юнга характеризує пружні властивості твердих тіл при деформації розтягу - стиску. Він чисельно дорівнює величині напруги, яке викликає зміну довжини зразка вдвічі, якщо деформація при цьому залишається пружною. З іншого боку, модуль Юнга можна розуміти як величину, чисельно рівну об'ємної енергії деформації при подвоєнні розмірів зразка. Закон Гука справедливий лише для ідеально пружних тіл. Для реальних же тел спостерігаються різні відхилення від цього закону. На рис. 1. представлена ​​[5] характерна діаграма розтягування твердого тіла. Сувора пропорційність між відносним подовженням і напругою спостерігається лише при порівняно невеликих навантаженнях, на ділянці 0А.
Максимальний напруга s п , при якому ще виконується закон Гука, називається межею пропорційності.
Максимальний напруга s уп , при якій ще не виникають помітні залишкові деформації (відносна залишкова деформація НЕ перевищує 0,1%), називається межею пружності. Йому відповідає точка В на діаграмі деформації.
Межа плинності - це напруга, яке характеризує такий стан тіла, що деформується, після якого подовження зростає без збільшення діючої сили (горизонтальний ділянка ВС).
Межею міцності s пр (точка D) називається напруга, відповідне найбільшому навантаженню, яке витримується тілом перед руйнуванням.
Відхилення від закону Гука в області напруг, що не перевершують межі пружності, об'єднуються загальним поняттям непружності. Проявом непружності є, наприклад, пружні післядії і пружний гістерезис, що підлягає експериментальному спостереженню в даній роботі.
Явище пружного післядії полягає в зміні з часом деформаційного стану при незмінній величині напруги. У цьому випадку після програми навантаження до зразка деформація виникає не миттєво, а продовжує збільшуватися з плином часу (пряме пружне післядія); також і після зняття навантаження: деформація зразка зникає не миттєво, а продовжує зменшуватися у часі (зворотне пружне післядія).
Закон Гука, згідно з яким напруга б і деформація е пропорційні, виконується наближено. Більш точна залежність має вигляд статечного ряду.
В
Ступені вище другий не враховують. Це вираз слід розуміти як спрощене, не що враховує наявності та взаємодії деформацій різного типу. Коефіцієнти типу С1 називають пружними постійними або модулями пружності, а коефіцієнти типу С2 (в ізотропному твердому тілі їх три) зазвичай називають коефіцієнтами Мурнагана або іншими термінами. В [2] питання розглядається спрощено і показано, що
В
Таким чином, зміна швидкості пропорційно напрузі або деформації в контрольованому об'єкті. Зв'язок між ними визначається акустопружності коефіцієнтом. При деформації розтягування швидкість зменшується, а при деформації стиснення - збільшується. В області пластичних деформацій швидкість залишається практично постійною. Вимір абсолютних значень швидкості з необхідною точністю - важке завдання. Вона полегшується тим, що звичайно потрібно виміряти не абсолютну величину, а зміна швидкості під впливом прикладених напрузі (як й інших випадках тензометрії). Важливе гідність акустичної тензометрії - вимірювання напруг не тільки на поверхні, але також усередині ОК.
Визначення напружень в матеріалах, що володіють власною анізотропією, вимагає врахування реальної швидкості звуку в напрямку вимірюваних напруг. Наприклад, текстура, що виникає при прокатці дюралюмінію Д16, може викликати зміну швидкості за різними напрямками до 0,26%, а зміна швидкості під впливом напруг - порядку 0,08%; для сталі 45 відповідно 0,64% і 0,04%. p> Явище динамічної акустопружності полягає у впливі на ОК змінного поля напруг швидкість ультразвуку під їх впливом змінюється приблизно так само, як у стаціонарному режимі. Отже явище може бути використане для контролю змінних напруг. У [2] представлені дані про величину акустопружності взаємодії в залежності від напрямки прикладеної напруги (рис 2).
В
Рис. 2. Відносні зміні швидкості під впливом прикладених напруг: про - Вимірювання безперервними хвилями методом проходження; • - імпульсні вимірювання луна-методом
Теорію акустопружності взаємодії з логарифмічною формою подання кінцевої деформації вважають перспективною. Зміна швидкості під впливом напружень дуже мало, вимірам сильно заважають температурні ефекти, мікронеоднорідності, текстура. Схеми в...
