Описание установки

Для определения упругих характеристик металлов и сплавов в лабораторной работе используется динамический ультразвуковой метод. Скорость распространения ультразвуковых волн в металлах и сплавах является скоростью распространения упругих колебаний и поэтому непосредственно связана с упругими характеристиками. При распространении ультразвуковых волн в неограниченной среде имеют место следующие соотношения:

– для поперечных волн:

, (13)

– для продольных волн:

, (14)

где V_t – скорость поперечных ультразвуковых волн; V_l – скорость продольных ультразвуковых волн, ρ – плотность металла или сплав.

Рис.1

Кроме того, модуль Юнга Е, модуль сдвига G и коэффициент Пуассона ν связаны соотношением (9). Это позволяет определить эти упругие характеристики, измерив скорость продольных и поперечных волн в металле или сплаве.

Блок-схема установки для измерения скорости ультразвуковых волн приведена на рис. 1.

Используется импульсный метод измерения скорости ультразвука с ре­гистрацией времени распространения ультразвука  в образце с акусти­ческой базой l. Время распространения  измеряется как время между зон­дирующим импульсом 1 и импульсом задержки 3 при наложении импульса за­держки на первый положительный полупериод первого прошедшего через об­разец импульса 2 (см. рис. 2).

Рис.2

Электрический прямоугольный импульс 1-го канала генератора импульсов ГИ подаётся на пьезопреобразователь П1 (кристалл LiNbO₃) и одновременно на запуск развёртки осциллографа Ос. Пьезопреобразователь П1 возбуждает в образце цуг ультразвуковой волны, который принимается пьезоприёмником П2 спустя время  и преобразуется вновь в электрический сигнал. Принятый электри­ческий импульс усиливается усилителем У и подаётся на вертикально-отклоняющие пластины осциллографа. Одновременно на вертикально-отклоняющие пластины подаётся импульс со 2-го канала ГИ, задержанный относительно зондирующего импульса 1-го канала. На экране осциллографа высвечивается временная диаграмма, соответствующая рис. 2

Изменяя время задержки, добиваются совмещения импульса задержки 3 и первого положительного полупериода импульса 2, прошедшего через образец. С помощью измерителя временных интервалов ИВИ измеряют время распространения в образце продоль­ных волн τ_l и поперечных волн τ_t , исполь­зуя соответственно пьезопреобразователи продольных и поперечных волн. Скорость звука рассчитывается по естественным формулам:

– для продольных волн:

, (15)

– для поперечных волн:

(16)

Порядок проведения измерений

1. Используя пьезопреобразователи продольных волн, измерить время τ_l.

2. Используя пьезопреобразователи поперечных волн, измерить время τ_t.

3. Результаты измерений занести в таблицу 1.

4. Объем выборки не менее 5.

Таблица 1

№ п/п	τl	τt	Vl	Vt	G	E	ν
Ср.знач