Пример решения контрольной работы

Задание 1

Определить время задержки волны в преобразователе и акустические свойства среды: скорость звука продольных колебаний С_l [м/с] и коэффициент затухания [Нп/м], длину волны [мм] в эталоне (рис. 1). Частота звуковых колебаний f=2,5 МГц.

Рисунок 1 – Схема прозвучивания эталона и показания УЗ-дефектоскопа. На экране дефектоскопа наблюдаются сигналы, соответствующие двойному (I) и четырехкратному (II) прохождению волны через толщину образца

Решение:

1) Найдем время задержки:

t_зад = 2*t_дон1- t_дон2 = 2 * 3.87 – 7.24 = 0.5 мкс

2) Найдем скорость звука. Как видно из рисунка толщина изделия h = 10 мм, что составляет 0.01 м.

= 2 * 0.01 / ((3,87 - 0,5) *10^-6) = 5934,7 м/с

3) Найдем длину волны. Частоту звука следует перевести в герцы, f = 2500000 Гц.

= С_l / f = 5934.7 / 2.5 * 10⁶= 2.37 мм

4) Найдем протяженность ближней зоны. Как видно из рисунка диаметр излучателя D = 10 мм. Таким образом, получаем:

Х_б= D²/ (4 ) = 100 / (4 * 2.37) = 10.5 мм

Х_б> h, т.к 10.5 мм > 10 мм. Таким образом, контроль ведется в ближней зоне, и коэффициент затухания вычисляется по формуле:

=1/(2*0.01)*ln(10 / 9.04)= 5 Нп/м

В результате получаем: t_зад=0.5 мкс, С_l=5934.7 м/с, =2.37 мм, =5 Нп/м

Задание 2

По величине скорости звука идентифицировать материал эталона:

Сталь углеродистая	С_l=5940 м/с	Кварцевое стекло	С_l=5900 м/с
Сталь аустеничная	С_l=5770 м/с	Оргстекло	С_l=2700 м/с
Алюминий	С_l=6360 м/с	Фторопласт	С_l=1135 м/с
Медь	С_l=4720 м/с	Эбонит	С_l=2400 м/с
Чугун	С_l=3500 м/с

Чем вызвано затухание волны (расхождением, рассеянием, поглощением)?

Решение:

В нашем случае С_l=5934.7 м/с, значит материал эталона – сталь углеродистая.

1. Углеродистая сталь относится к зернистым материалам, следовательно в ней происходит рассеяние звука на зернах.

2. Контроль осуществлялся в ближней зоне, где волновой фронт имеет плоскую форму, значит расхождение волны отсутствует.

3. Поглощение волн происходит за счет процессов внутреннего трения слоев вещества, которое осуществляется во всех материалах в процессе звуковых колебаний.

Вывод: затухание волн вызвано рассеянием и поглощением.

Задание 3

Определить коэффициент двойного преобразования К_ип акустического датчика (использованного в п.1) и толщину h [мм] изделия, которое выполнено из материала эталона, идентифицированного в п.2 и погрешность измерения толщины (С_ж=1500 м/с, h_ж=0.1 мм, =0,125), используя (если нужно) известные скорость звука С_l и длину волны , время задержки волны в преобразователе t_зад, коэффициент затухания в материале , а также данные на рис. 2: время и амплитуду донного сигнала t_дон. Напряжение генератора составляло U_г =5 В.

Рисунок 2 – Схема прозвучивания бездефектного изделия и показания УЗ- дефектоскопа наблюдается сигнал, соответствующий двойному прохождению волны через толщину образца

Решение:

1) Определим толщину образца.

= 5934.7 * (17.35 - 0.5) *10^-6/ 2=0.05 м=50 мм

2) Погрешность измерения толщины рассчитывается по формуле:

= 2% + 100% * 5934.7 / (2*0.05)*(0.1*10^-3/1500+0.125/(2.5*10⁶))=

=2%+0.593*10⁷*(0,67*10^-7 + 0,5*10^-7)% = 2%+0.593*1.17%=2.69%

∆h = dh * h / 100%= 2.69% * 50 / 100% = 1.3 мм

3) Определим коэффициент преобразования. Поскольку диаметр излучателя и длина волны такие же как и в первом задании, то и протяженность ближней зоны осталась той же X_б = 10.5 мм. Однако толщина изделия другая h = 50 мм, следовательно:

Х_б< h – дальняя зона контроля и коэффициент преобразования определяется по формуле:

Рассчитаем площадь излучателя = 3,14*10²/4 =78.5 мм²

Напряжение принятого сигнала переведем в вольты U_п =5.01*10^-3В

= 0.005

К_ип=0.005

В результате получаем: К_ип=0,005 (h ± ∆h) = (50.0 ± 1.3) мм

Задание 4

Определить какой из сигналов дефектоскопа на рис.3 относится к дефекту. Вычислить глубину залегания h_b [мм] и размеры b [мм] дефекта в изделии из материала эталона (п.2), полагая, что дефект –пора. Для этого воспользоваться требуемыми значениями, определенными в предыдущих пунктах (, ,t_зад, К_ип), а также временем и амплитудой сигнала, отраженного от дефекта (рис. 3). Напряжение генератора составляло 12.5 В.

Рисунок 3 – Схема прозвучивания изделия с порой и показания УЗ- дефектоскопа. На экране дефектоскопа наблюдается сигналы волн, отраженных от дефекта и донной поверхности

Решение: Сигнал с амплитудой U=6,44 мВ относится к дефекту, т.к. дефект расположен ближе к преобразователю, время прохождения волны будет меньше, чем до донной поверхности. Следовательно
t_деф = 8.93 мкс

1) Найдем глубину залегания дефекта:

= 5934.7*(8.93 – 0.5)*10^-6/2=0.025 м = 25 мм

т.к. Xб (10.5 мм) < h_b (25 мм), то контроль производится в дальней зоне

2) Найдем коэффициент формы дефекта в дальней зоне. Напряжение принятого сигнала переведем в вольты Uп = 6.44*10^-3 В.

=0.2

3) Найдем размер дефекта. В нашем случае дефект – пора, которая является сферическим отражателем. Из выражения (4.21) для сферы получаем:

b = B*h_b = 0.2*25 = 5 мм

В результате получаем: h_b =25 мм, b = 5 мм.

Список литературы

1 Акустические и электрические измерения в неразрушающем контроле материалов и изделий / Д.Ю. Бирюков, А.Ф. Зацепин, А.И. Сюрдо. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 124 с.

2 Общие сведения по методам и средствам измерений, испытаний и контролю/ Д.Ю. Бирюков. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 31 с.

3 Физические основы акустических методов контроля/ Д.Ю. Бирюков. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 56 с.

Учебное издание

Бирюков Дмитрий Юрьевич

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89

Мы поможем в написании ваших работ!