- •Основные параметры колебаний. Импульсные колебания.
- •Основные параметры волн.
- •Упругие свойства некоторых сред
- •Типы волн.
- •Головные волны.
- •Релеевские волны.
- •Волны Лэмба.
- •Волны Похгаммера.
- •Крутильные волны.
- •Типы волн по виду волнового фронта.
- •Явления на границах раздела сред.
- •Нормальное падение уз волны на границу раздела сред.
- •Ослабление узк волн
- •Влияние затухания на результаты контроля.
- •Акустическое поле уз преобразователя.
- •Акустическое поле и диаграмма направленности наклонного преобразователя.
- •Классификация акустических преобразователей.
- •Конструкции акустических преобразователей.
- •Пьезопластина.
- •Демпфер.
- •Протектор
- •Катушка индуктивности
- •Система проводников
- •Металлический корпус
- •Наклонный преобразователь.
- •Раздельно – совмещенный преобразователь.
- •Акустический тракт дефектоскопа (эхо – импульсного)
- •Формулы акустического тракта.
- •Ард диаграмма (амплитуда-расстояние-диаметр).
- •Классификация акустических методов нк.
- •Методы отражения.
- •Дельта – метод
- •Реверберационный метод
- •Методы прохождения
- •Теневой метод
- •Временно – теневой
- •Велосиметрический метод
- •Комбинированный метод
- •Зеркально – теневой
- •Импедансный метод
- •Методы колебаний (свободные, вынужденные)
- •Метод свободных колебаний
- •Основные измеряемые параметры аэ
- •Рассмотрим одиночный импульс:
- •Рассмотрим поток импульсов
- •Классификация источников аэ
- •Критерии браковки
- •Локализация источников аэ
- •Преобразователи аэ
- •Измеряемые характеристики выявляемых дефектов по узк (эхо – метод)
- •Условные размеры дефектов.
- •Расстояние между дефектами.
- •Форма дефекта.
- •Основные параметры контроля.
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ижевский государственный технический университет»
Приборостроительный факультет
Кафедра « Приборы и методы контроля качества»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Ультразвуковые методы и средства неразрушающего контроля»
Выполнила: студентка
Юшкова Д.Р.
гр. 7-74-1
Проверил:
д.т.н., профессор
Муравьева О.В.
Ижевск, 2012
Акустический вид неразрушающего контроля.
ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.
Виды НК:
Магнитный
Акустический
Вихретоковый
Тепловой
Радиационный
Проникающими веществами
Оптический
Электрический
Радиоволновой
Особенности АвНК:
70-80% от общего объема видов неразрушающего контроля приходится на АвНК, который нашел применение в различных отраслях (металлургии, машиностроении, судостроении и др.).
Плюсы АвНК:
Ультразвук используется для любых материалов (от пластмасс до измерений в воздухе), для диагностических целей (человек);
УЗК берет и внутренние и внешние дефекты;
УЗК имеет возможность возбуждения различных типов волн (продольных, поперечных, релеевских);
Многообразие регистрируемых параметров, позволяющих реализовать разнообразные методы НК;
УЗК можно использовать для сложных геометрических деталей;
УЗК имеет высокую чувствительность;
Безопасный;
Имеет высокую оперативность и производительность;
Средняя стоимость.
Физика АвНК.
Колебания и волны. Основные параметры.
УЗК основан на регистрации параметров упругих колебаний и волн, возбуждаемых (излучаемых) в контролируемом объекте.
Колебания – процесс, обладающий повторением во времени.
Уравнение колебаний:
-
A=A0·sin(ω·t + φ)
(1.1)
Если колебания имеют гармонический характер, то:
-
A=A0·e-i(ω·t+φ)
(1.2)
Упругие колебания – колебания упругих частиц среды.
Рис. 1.1 Понятие начальной фазы колебания
φ0 – начальная фаза колебания (Рис. 1.1);
-
φ0 = ω·t+φ
(1.3)
A0 –максимальная амплитуда колебаний;
ω – циклическая частота;
-
ω = 2·π·f , [Гц]
(1.4)
Свойство упругой волны: она осуществляет перенос энергии без переноса вещества.
Диапазон частот упругих колебаний
Ультразвуковой контроль осуществляется на частотах от 20 кГц ÷ 20 МГц, реже до 30 МГц.
U0 - амплитуда смещения, максимальное отклонение от положения равновесия (Рис.2.1);
-
U(t) = U0·sin(ω·t+φ), φ=0
(2.1)
υ(t) – виброскорость, колебательная скорость [м/c] (Рис.2.2)
-
υ(t) = = U0·ω·cos ωt
(2.2)
υ
υo
Фазовый сдвиг на π/2
B(t) - колебательное ускорение (Рис.2.3)
-
B(t) = = - sin ω·t
(2.3)
Сдвиг фаз на π
P0 – звуковое или акустическое давление
-
(2.4)
z - акустическое сопротивление среды (характеристическое, волновое, импедансное).
I -интенсивность – энергетическая характеристика – энергия, переносимая УЗК волной через площадку перпендикулярно направлению волны за единицу времени.
-
I = , [ ] = [ ]
(2.5)
Для плоской волны:
-
I=
(2.6)
Отношение амплитуд сигналов можно рассчитать по формулам:
-
20·lg = [ ]
[ ]= 10·lg
(2.7)
-
, раз
, дБ
1
0
10
20
0,1
-20
100 (0,01)
40 (-40)
1000 (0,001)
60 (-60)
2 (0,5)
6 (-6)
3,16 (0,316)
10 (-10)
31,6 (0,0316)
30 (-30)
Основные параметры колебаний. Импульсные колебания.
f след = f повтор =
f след = 250 Гц …500 Гц…1000 Гц (УД2-12)
fнес = 1 ÷ 10 МГц
Длительность импульса τ оценивается по огибающей, на определенном уровне 6 дБ от максимального значения.
Основные параметры волн.
Упругая волна – процесс передачи упругих колебаний от частицы к частице в пространстве.
Уравнение волны:
-
A (r, t) = Ao·sin (ω·t - k·r + φo)
(3.1)
k – волновое число [1/м]
-
k = = =
(3.2)
c – скорость распространения волны.(Рис.3.1)
Рис.3.1 Скорость распространения волны
Длина волны – расстояние между точками, колеблющимися в одинаковой фазе.
Скорость волны – скорость, с которой колебания передаются от одной материальной частицы среды к другой.
f - определяет преобразователь;
υ – определяют свойства среды;
Свойства среды:
Плотность
Упругость
Акустическое сопротивление среды (z)
Z =ρ·c
Если Z большое, то среда называется жесткой: скорость распространения волны мала, даже при больших возмущениях. Жесткой средой для УЗ являются несплошности (трещины, непровары и др.)
Если Z невелико, то среда мягкая: скорость волны и смещения значительны, даже при малых возмущениях.
Упругие свойства среды
Е – модуль Юнга (модуль упругости)
G – модуль сдвига
ν – коэффициент Пуассона
К – модуль объемной упругости
Е, G, ν – используются для характеристики твердых тел.
к – используется для характеристики жидкостей и газов.
В твердом теле достаточно двух независимых упругих модулей.
Для продольных волн скорость:
C l =
Для поперечных волн скорость: Для твердых тел
Ct =
Для жидкостей и газов
С =
Типы объемных волн.
Продольная волна (l) – направление колебаний в волне совпадает с направлением ее распространения. Это волна с деформацией растяжения– сжатия. (Рис.3.2, а)
Поперечная (t) – направление колебаний в волне перпендикулярно направлению ее распространения. Волна с деформацией сдвига. (Рис.3.2,б)
Рис.3.2 а) Распространение продольной волны; б)Распространение поперечной волны
Сt всегда меньше Сl. = 0,55
E – модуль Юнга.
Рис.3.3 Сопротивление материала деформации напряжения
σ – механическое напряжение, необходимое для того, чтобы удлинить стержень в 2 раза (Рис.3.3).
𝛆 – механическая деформация
-
σ =
(3.3)
-
𝛆 =
(3.4)
Закон Гука: Однозначная пропорциональная зависимость между напряжением и деформацией.
-
σ = E· 𝛆,
(3.5)
Е – характеризует сопротивление материала деформации напряжения [Па] (Рис.3.4)
Eст = 25·1010 Па недостижимо
G –модуль сдвига.
Рис.3.4 Деформация сдвига
τ – касательное напряжение
γ – сдвиговая деформация
G – сдвиговое напряжение, чтобы сдвинуть его на 450 [Па] = [ ] (Рис.3.5)
-
τ = G·tg γ, γ =450
(3.6)
ν –коэффициент Пуассона
Рис.3.5 Деформация растяжения
-
ν = < 0,5
(3.7)
Для большинства конструкций ν = 0,3. Для вязких жидкостей ν -> 0,5