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 |
6937,80 | 6988,67 | 19,658 | ||||
6988,65 | 7039,25 | 19,763 | ||||
7039,15 | 7089,56 | 19,837 | ||||
7089,53 | 7140,44 | 19,643 | ||||
6937,75 | 6988,38 | 19,751 | ||||
6988,63 | 7038,95 | 19,873 | ||||
7039,01 | 7089,65 | 19,747 | ||||
7089,48 | 7140,47 | 19,611 | ||||
7140,48 | 7191,17 | 19,728 | ||||
6937,75 | 6988,69 | 19,631 | ||||
6988,71 | 7039,03 | 19,873 | ||||
7039,02 | 7089,53 | 19,798 | ||||
7089,54 | 7140,42 | 19,654 | ||||
7140,43 | 7191,21 | 19,693 | ||||
6937,75 | 6988,68 | 19,635 |
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. | ![]() ![]() | ![]() ![]() | ![]() ![]() | ![]() ![]() | ![]() | ![]() |
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.