Оценка погрешности экспериментальных измерений
Относительная погрешность измерения модуля нормальной упругости исследуемого образца определяется по известной формуле:
. (3.6.1)
Здесь, относительная погрешность измерения плотности определится по формуле:
, (3.6.2)
где абсолютные погрешности измерений геометрических параметров исследуемых образцов – длины, ширины и толщины пластины, соответственно равны:
; ; .
Для типичных параметров исследуемых образцов геометрические параметры соответственно равны:
; ; .
Тогда относительная погрешность измерения плотности определится:
,
или в процентах:
.
Среднее значение и абсолютная погрешность измерений частоты собственных колебаний для типичного образца, соответственно равны:
; .
Подставляя найденные значения абсолютных погрешностей измерений геометрических параметров и частоты для типичного образца, получим:
,
или в процентах: .
Таким образом, относительная погрешность измерения модуля нормальной упругости для типичного образца выше описанным методом не превышает 3 %.
Для проверки достоверности измерения модуля упругости были проведены калибровочные измерения эталонных образцов с известным модулем упругости – медной и алюминиевой пластин. Результаты измерений приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6.1
металлическая прямоугольные пластина – алюминиевая
| |||||||||||||||
№ образца | Длина, , мм | Ширина, , мм | Толщина, , мм | Масса, , г | Плотность, | Частота, , Гц | Па | ||||||||
1-ЭМ | 309,5 | 14,45 | 0,4 | 16,0 | 8,94 | ||||||||||
металлическая прямоугольные пластина – медная | |||||||||||||||
№ образца | Длина, , мм | Ширина, , мм | Толщина, , мм | Масса, , г | Плотность, | Частота, , Гц | Па | ||||||||
1-ЭМ | 309,5 | 14,45 | 0,4 | 16,0 | 8,94 |
| |||||||||
Таблица 3.7.2
№ Образц. | , мм | , мм | , мм, |
кг/м | Па макс. | |||
А1 | 169,5 | 13,85 | 0,64 | 0,0217 | 2,449 | 73,72 | ||
А3 | 169,5 | 14,18 | 0,65 | 0,0218 | 2,368 | 70,78 | ||
В1 | 190,5 | 12,5 | 0,59 | 0,0206 | 2,790 | 91,33 | ||
В2 | 179,5 | 12,8 | 0,61 | 0,0207 | 2,654 | 83,68 | ||
С1 | 220,5 | 14,75 | 0,57 | 0,0225 | 2,680 | 100,64 | ||
С2 | 217,5 | 13,44 | 0,65 | 0,0209 | 2,394 | 70,45 | ||
С3 | 200,5 | 17,6 | 0,58 | 0,0277 | 2,711 | 92,41 | ||
С4 | 201,5 | 15,77 | 0,64 | 0,0255 | 2,522 | 77,06 | ||
С5 | 226, | 8,16 | 0,58 | 0,0126 | 2,655 | 91,85 | ||
D1 | 203, | 10,25 | 0,51 | 0,0155 | 2,968 | 71,45 | ||
D2 | 204,5 | 11,47 | 0,52 | 0,0166 | 2,787 | 64,7 | ||
D3
| 203,5 | 10,14 | 0,54 | 0,0157 | 2,862 | 74,64 | ||
F1 | 202,5 | 11,2 | 0,5 | 0,0170 | 3,042 | 91,75 | ||
F2 | 201,5 | 10,32 | 0,47 | 0,0159 | 3,274 | 93,3 |
Расчет в программе «Excel» модуля Юнга в качестве примера для некоторых типичных образцов приведен в табл. 3.7.3
Основным элементом установки является датчик акустической эмиссии ДАЭ-1 и ДАЭ-2. Предусмотрено два варианта – ДАЭ-А и ДАЭ-Б, соответственно для регистрации сигналов АЭ исследуемых деталей цилиндрической и плоской геометрической формы.
Конструктивная схема датчиков ДАЭ приведена на рисунке 7.
ДАЭ-А образован приемником акустических сигналов (ПАС) и предварительным усилителем электрических колебаний (ПУ), которые собраны в одном цилиндрическом корпусе 4 – акустической ячейке, диаметром 28 мм и длиной 65 мм (рисунок 7а). В качестве ПАС используется пьезоэлектрический дисковый преобразователь 1, с резонансной частотой 7 МГц, который при помощи тонкой токопроводящей пластинки 6 прижимается к торцевой поверхности основания ступенчатого цилиндрического звукопровода 2, снабженного поперечным цилиндрическим отверстием 3. К звукопроводу 2 привинчивается полый цилиндрический корпус 4, внутри которого помещен предварительный электронный усилитель 5.
|
|
а)
б)
Рисунок 7 – Конструктивная схема датчиков ДАЭ: а) ДАЭ-А; б) ДАЭ - Б.
Вход усилителя подключен к пьезопреобразователю 1 с помощью тонкой токопроводящей прижимной пластинки 6, а выход – к ВЧ-разъему 7, типа СР-50, который ввинчивается в торцевое основание цилиндрического корпуса 4. Предварительный усилитель 5 (ПУ) представляет собой электронный усилитель электрических сигналов с большим входным сопротивлением (R = 1,0 МОм) и малым уровнем собственных шумов [67].
Исследуемый образец вставляется в цилиндрическое отверстие 3 и фиксируется прижимным болтом 8, который одновременно обеспечивает акустический контакт между исследуемым образцом и звукопроводом. Для обеспечения надежного акустического контакта в зазор между исследуемым образцом и звукопроводом вводится небольшое количество смазочной жидкости – машинного масла. Данная конструкция датчика акустической эмиссии обеспечивает надежный акустический контакт пьезопреобразователя с исследуемым образцом и электрическую экранировку преобразователя и предварительного усилителя от внешних электромагнитных полей и механических воздействий, что существенно повышает чувствительность и снижает уровень собственных шумов ДАЭ-А.
|
|
На рисунке 7б приведен второй вариант конструкции датчика акустической эмиссии ДАЭ-Б. Отличительная особенность второго варианта состоит в том, что звукопровод 8 выполнен в виде тонкого ступенчатого диска с плоскопараллельными торцами (на рисунке не показаны). Пьезопреобразователь 1 при помощи тонкой токопроводящей пластинки 6 прижимается к внутренней торцевой поверхности основания звукопровода 2. Крепление ДАЭ-Б к плоскому исследуемому образцу (на рисунке не показан) осуществляется с помощью прижимных винтов 2 и упорной пластины 3. Остальные элементы ячейки ДАЭ-Б идентичны предыдущей конструкции ДАЭ-А.
Такое решение значительно повышает чувствительность датчика акустических сигналов и снижает число ложных «паразитных» сигналов, обусловленных многократным отражением эхо-сигналов от боковых поверхностей звукопровода.
Основными измеряемыми параметрами при проведении экспериментальных исследований акустической эмиссии и локализации микродефектов исследуемых образцов с помощью выше описанной акустической установки является число импульсов АЭ и время задержки импульсов АЭ параллельных каналов с заданным нижним порогом амплитуды, схематическое изображение которых представлено на рисунке 8.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 194; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!