Глава 4 Результаты экспериментальных измерений

В качестве экспериментальных контрольных образцов использовались металлические бруски и цилиндры с компланарными торцами различного сечения, длины и состава: сталь, латунь, сплав ферромагнитный.

Общий вид испытуемых образцов приведен на рисунке 4.1

Рис. 4.1. Общий вид испытуемых образцов: а) ЦС-1 - стальной цилиндр; б) ЦЛ-3 - цилиндр латунный; в) ЦС-2 - шпилька стальная; г) БС–4 - брусок стальной; д) БМ–5 - брусок ферромагнитный.

В таблице 4.1 приведены параметры исследуемых образцов:

Таблица 4.1 – параметры испытуемых образцов

№ образца	Длина, ,	Диаметр, толщина,	масса,	плотность,	плотность,	примечание
ЦС-1	51,92	31,90	321,50	7,565	7,5-7,9	стальной цилиндр
ЦС-2	79,71	11,46	50,52	7,772	7,3-7,9	шпилька стальная, резьбовая, М10*1,5
ЦЛ-3	37,96	24,38	132,90	7,383	8,4-8,7	цилиндр латунный
БМ–4	34,62	34,67	646,00	8,075		брусок ферро -магнитный

Для оценки величины времени задержки акустического импульса в звукопроводах акустической установки предварительно были проведены измерения частот, соответствующих режиму фазовой компенсации акустического импульса и несущей частоты с нулевой акустической базой, т.е. в отсутствии исследуемого образца при непосредственном контакте свободных торцов ультразвуковых линий задержки.

Результаты измерения времени задержки в ультразвуковых линиях задержки - звукопроводах приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Результаты измерения времени задержки в ультразвуковых линиях задержки

№, n/n	,	,	,		,	%
	6937,75	6988,68	19,635	19,729	0,082	0,417
	6988,68	7039,15	19,814
	7039,05	7089,51	19,818
	7089,65	7140,45	19,685
	7140,45	7191,19	19,708

При расчете абсолютной случайной погрешности измерения времени задержки использовался методом Гаусса [ ] для нормального закона распределения случайной величины:

, (4.1)

где - коэффициент Стьюдента для: - число независимых измерений, - доверительная вероятность измерений.

Как видно из приведенной таблицы 4.1 величина времени задержки акустического импульса в звукопрводах УЛЗ-1,2 составляет 19,729 мкс, абсолютная величина погрешности измерений времени задержки при этом не превышает 0,1 мкс, а относительная погрешность измерений времени задержки составляет всего 0,04 %, что свидетельствует о высокой точности измерений на выше описанной акустической установки.

Результаты измерений скорости распространения продольных ультразвуковых на первой гармонике резонансной частоты пьезопреобразователя в исследованных образцах приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Результаты измерений скорости распространения продольных ультразвуковых на первой гармонике резонансной частоты пьезопреобразователя в исследованных образцах

№, n/n	,	,	,		,	,	%
Образец - ЦС-1,
	7000,04	7034,99	28,612	28,730	5844,6	5770,0	5,342
	7034,99	7069,55	28,935		5639,7
	7069,55	7104,64	28,498		5920,7
	7104,64	7139,59	28,612		5844,6
	7139,59	7174,02	29,044		5573,5
	6999,97	7034,89	28,637		5828,5
	7034,89	7069,61	28,802		5722,5
	7069,61	7104,77	28,441		5959,3
	7104,77	7139,58	28,727		5769,9
	7000,08	7034,92	28,703		5785,8
	7034,86	7069,6	28,785		5733,0
	7034,88	7069,61	28,794		5727,8
	7034,85	7069,62	28,760		5748,8
	7034,82	7069,52	28,818		5712,1
	7034,83	7069,58	28,777		5738,3
№, n/n	,	,	,		,	,	%
Образец - ЦС-2,
	7047,26	7076,51	34,188	33,426	5512,8	5829,3	3,51
	7076,51	7107,21	32,573		6205,9
	7107,21	7137,07	33,490		5792,6
	7137,07	7166,87	33,557		5764,4
	7166,87	7196,54	33,704		5703,7
	7196,54	7225,78	34,200		5508,3
	7076,48	7107,37	32,373		6304,2
	7107,37	7137,32	33,389		5835,3
	7137,31	7166,75	33,967		5598,2
	7166,75	7196,71	33,378		5840,0
	7076,43	7107,27	32,425		6278,1
	7107,27	7137,25	33,356		5849,6
	7137,25	7167,04	33,568		5759,7
	7137,2	7167,04	33,512		5783,2
	7137,11	7166,78	33,704		5703,7
Образец - ЦЛ-3,
	7027,40	7063,56	27,655	27,602	4789,4	4823,0	6,11
	7063,56	7099,71	27,663		4784,7
	7099,71	7136,13	27,457		4911,7
	7027,40	7063,29	27,863		4666,9
	7063,29	7099,98	27,255		5043,6
№, n/n	,	,	,		,	,	%
	7027,40	7063,52	27,685		4770,9
	7063,52	7099,94	27,457		4911,7
	7027,40	7063,59	27,632		4803,3
	7063,59	7099,83	27,594		4826,5
	7027,40	7063,47	27,724		4748,0
	7063,47	7099,85	27,488		4892,6
	7027,40	7063,49	27,709		4757,2
	7063,51	7099,75	27,594		4826,5
	7027,40	7063,44	27,747		4734,4
	7063,44	7099,79	27,510		4878,3
Образец - БМ–4,
	7071,25	7110,27	25,628	25,669	5868,9	5830,0	8,1
	7071,31	7110,14	25,753		5746,7
	7071,22	7110,4	25,523		5974,9
	7071,40	7110,07	25,860		5646,8
	7071,40	7110,35	25,674		5823,4
	7071,12	7110,26	25,549		5948,1
	7071,48	7110,24	25,800		5702,7
	7071,42	7110,34	25,694		5804,1
	7071,45	7110,4	25,674		5823,4
	7071,32	7110,23	25,700		5797,7
	7071,23	7110,32	25,582		5914,9
	7071,54	7110,4	25,733		5765,7
	7071,35	7110,38	25,621		5875,4
	7071,34	7110,42	25,589		5908,3
	7071,37	7110,36	25,648		5849,3

По полученным экспериментальным данным скорости распространения ультразвуковых волн рассчитаны значения модуля нормальной упругости - модуля Юнга для всех исследованных образцов.

Результаты расчёта модуля Юнга и сравнения полученных значений с табличными данными приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Результаты расчёта модуля Юнга и сравнения полученных значений с табличными данными

№ Образц.		, Таб.		, Таб.	Па	Па, Таб.
ЦС-1	7,752	7,7-7,9	5770,0	5740 - - 6100	25,2	25,4 - - 29,4
ЦС-2	7,772	7,7-7,9	5829,3	5740 - - 6100	26,4	25,4 - - 29,4
ЦЛ-3	7,503	8,4-8,7	4823,0	4280 - - 4700	17,174	14,5 - - 17,5
БМ–4	8,075	8,2-8,8	5830,0	--	27,446	--

Как видно из приведенной таблицы 4.3 расчетные значения модуля Юнга для всех исследованных образцов попадают в доверительный интервал табличных значений модуля Юнга для стандартных металлов и сплавов.

Таким образом, выше описанная акустическая установка может быть успешно использована для контроля и исследования упругих параметров твердых тел различного фазового состава и структурных особенностей материала.