RU2473894C1 - Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена - Google Patents
Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473894C1 RU2473894C1 RU2011135108/28A RU2011135108A RU2473894C1 RU 2473894 C1 RU2473894 C1 RU 2473894C1 RU 2011135108/28 A RU2011135108/28 A RU 2011135108/28A RU 2011135108 A RU2011135108 A RU 2011135108A RU 2473894 C1 RU2473894 C1 RU 2473894C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density
- during operation
- composite materials
- highly filled
- ultrasonic waves
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для ультразвукового контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена. Сущность: заключается в том, что возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, измеряют время их распространения, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне в процессе эксплуатации, измеряют время их распространения, определяют относительное изменение времени распространения δt и рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению: ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)], где а и b - эмпирические коэффициенты. Технический результат: повышение точности определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена и обеспечение возможности в любой заданный период эксплуатации проведения контроля деталей различного размера и конфигурации при одностороннем доступе, а также через слои других материалов с применением типовых промышленных приборов, в том числе в полевых условиях.
Description
Изобретение относится к области диагностики неразрушающими методами деталей и конструкций и может быть использовано для прецизионного определения плотности в процессе эксплуатации изделий, составной частью которых являются контролируемые детали из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена, в горно-рудной и военной промышленности, а также в строительной индустрии.
Жестким требованиям точности определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена удовлетворяет лабораторный метод гидростатического взвешивания («Взрывчатые вещества». Учебное издание. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». г.Саров, 2007, том 2, стр.345), погрешность которого зависит от массы детали и не превышает 0,25-0,30%.
Известен способ определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов, основанный на измерении ослабления потока γ-квантов, прошедшего через контролируемую зону детали с известной средней толщиной («Взрывчатые вещества». Учебное издание. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». г.Саров, 2007, том 2, стр.262). Высокая точность этого способа, сопоставимая с методом гидростатического взвешивания, проистекает из жесткой зависимости между плотностью материала и ослаблением потока γ-квантов. Однако этот метод обладает рядом существенных недостатков:
- высокая трудоемкость и длительность испытаний;
- сложность методики и используемого оборудования;
- повышенная опасность и экологические проблемы, связанные с применением радиоактивных источников;
- невозможность проведения испытания при одностороннем доступе к детали.
Более простыми являются ультразвуковые методы определения плотности.
Плотность композитных материалов определяется в основном физическими характеристиками входящих в материал компонентов, их соотношением по объему или массе, структурой армирования, пористостью, степенью отверждения (полимеризации) матрицы. Этими факторами определяется и основная акустическая характеристика материала - скорость распространения ультразвуковых волн, называемая параметром неразрушающего контроля, т.к. этот параметр может быть определен в процессе контроля свойств детали.
Однако связь между скоростью ультразвука и физическими характеристиками материала, в частности плотностью, не является однопараметрической, поэтому плотность контролируемых деталей определяют по предварительно установленной корреляционной (статистической) зависимости от параметра неразрушающего контроля, причем оценка плотности по этим зависимостям, как правило, недостаточно надежна. Низкое значение коэффициента корреляции (r) связи плотность - скорость ультразвука для подавляющего большинства материалов ограничивает применение ультразвукового метода в практике контроля плотности композитов.
Например, метод определения плотности по скорости распространения продольных колебаний в трех направлениях, включенный в ОСТ 5.9102-72 «Стеклопластики полиэфирные. Контроль качества материала судовых конструкций без их разрушения», дает погрешность оценки плотности порядка 5%.
Широкое распространение при контроле металлов нашел способ определения структуры, упругих свойств или состава материалов по изменению величины поглощения ультразвуковых волн либо по изменению скорости их распространения в исследуемом теле (а.с. СССР 77708, опубл. 30.11.49).
Предложенный А.К. Бровцыным и Г.С.Чернышевой способ определения влажности и плотности глин (журнал «Дефектоскопия», 1999 год, №10, стр.56) позволяет определять указанные параметры на основании закономерностей распространения ультразвуковых волн.
Основным недостатком указанных способов является низкая точность измерений (единицы процентов).
Известен также способ определения плотности древесных материалов (А.С. №678391, М. Кл.2 G01N 9/00, опубл. 05.08.79, Бюл. №29) с высоким коэффициентом корреляции r=0,97, в котором определяются скорости распространения ультразвуковых волн в направлениях трех координатных осей, а плотность определяется по формуле:
ρ=0,23·(Va+Vt+Vr)/3+2,
где ρ - плотность материала;
Va - скорость распространения волны по оси ординат;
Vt - скорость распространения волны по оси абсцисс;
Vr - скорость распространения волны по оси апликат.
Но и этот способ имеет погрешность на уровне 3% и, кроме того, при его реализации нужен доступ к детали с трех сторон.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании простого в реализации высокоточного способа контроля плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена в процессе эксплуатации.
Технические результаты, достигаемые при осуществлении заявляемого изобретения, заключаются в повышении точности определения плотности деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена и обеспечении возможности в любой заданный период эксплуатации проведения контроля деталей различного размера и конфигурации при одностороннем доступе, а также через слои других материалов с применением типовых промышленных приборов, в том числе в полевых условиях.
Это достигается тем, что в ультразвуковом способе контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, измеряют время их распространения, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне в процессе эксплуатации, измеряют время их распространения, определяют относительное изменение времени распространения δt и рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению:
ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)],
где а и b - эмпирические коэффициенты.
Сущность заявляемого способа основана на определении плотности деталей из высоконаполненных композитов на основе октогена с помощью установленной корреляционной связи между относительным изменением плотности - δρ=(ρ-ρ0)/ρ0 и относительным изменением времени распространения ультразвуковых волн - δt=(t-t0)/t0:
δρ=a·δt+b.
Подставляя эту зависимость в выражение
ρ=ρ0·(1+δρ),
получаем искомое уравнение:
ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)].
Для установления корреляционной связи (δρ=a·δt+b) при контроле деталей после различных сроков и температур выдержки, имитирующих возможные воздействия в процессе эксплуатации, была проведена совместная обработка результатов определения изменения плотности деталей с помощью гидростатического метода и результатов определения изменения времени прохождения ультразвуковых волн с помощью дефектоскопа А 1214 с последующим расчетом относительных величин δρ и δt. В результате было получено следующее корреляционное уравнение:
δρ=-0,0495·δt-0,0003 (коэффициент корреляции r~0,94).
Проверка корреляционного уравнения проведена путем расчета плотности для выборки деталей из того же материала, в том числе и других типоразмеров, выдержанных в аналогичных условиях, по уравнению:
ρ=ρ0·[1+(-0,0495·δt-0,0003)].
Погрешность определения значений искомой плотности, рассчитанной для выборки контрольных деталей по данному уравнению, не превысила ±0,3%.
Ввиду малости величины коэффициента b в некоторых случаях им можно пренебречь.
Заявляемый способ реализуется следующим образом:
- в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, определенной ранее, например, гидростатическим способом, возбуждают ультразвуковые волны частотой 1,2÷2,5 МГц и измеряют время их распространения t0;
- в процессе эксплуатации, например при проведении регламентных работ, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне детали и измеряют время их распространения t;
- определяют относительное изменение времени распространения ультразвуковых волн - δt=(t-t0)/t0;
- рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению:
ρ=ρ0·[1+(-0,0495·δt-0,0003)].
Возбуждение ультразвуковых волн и измерение времени их распространения осуществляют с помощью промышленного дефектоскопа, например А 1214.
Реализация заявляемого способа показала достижение высокой точности, быстроты и простоты определения плотности деталей из композитного материала на основе октогена в процессе эксплуатации, который может быть использован непосредственно в конструкциях без их разборки и разрушения, что приводит в конечном счете к повышению надежности изделий, в состав которых входят контролируемые детали.
Claims (1)
- Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена, заключающийся в том, что возбуждают ультразвуковые волны в заданной зоне исследуемой детали с известной начальной плотностью ρ0, измеряют время их распространения, повторно возбуждают ультразвуковые волны в этой же зоне в процессе эксплуатации, измеряют время их распространения, определяют относительное изменение времени распространения δt и рассчитывают плотность ρ исследуемой детали по следующему уравнению: ρ=ρ0·[1+(a·δt+b)], где а и b - эмпирические коэффициенты.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011135108/28A RU2473894C1 (ru) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011135108/28A RU2473894C1 (ru) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2473894C1 true RU2473894C1 (ru) | 2013-01-27 |
Family
ID=48807095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011135108/28A RU2473894C1 (ru) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2473894C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523782C1 (ru) * | 2013-04-02 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН) | Способ контроля локальных изменений плотности образца горной породы в процессе его деформирования |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU678391A1 (ru) * | 1977-08-30 | 1979-08-05 | Ленинградская Ордена Ленина Лесотехническая Академия Им. С.М.Кирова | Способ определени плотности древесных материалов |
| SU1585743A1 (ru) * | 1988-01-11 | 1990-08-15 | Алтайский Сельскохозяйственный Институт | Устройство дл ультразвукового контрол линейной плотности волокнистой ленты |
| RU1776791C (ru) * | 1990-01-22 | 1992-11-23 | Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта | Устройство дл измерени скоростей распространени упругих волн и плотности твердых тел |
| RU1817016C (ru) * | 1991-03-28 | 1993-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов | Способ ультразвукового определени истинной плотности порошкового материала |
| JP2005007036A (ja) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波骨密度測定装置 |
| WO2008067328A2 (en) * | 2006-11-27 | 2008-06-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Density and porosity measurements by ultrasound |
-
2011
- 2011-08-22 RU RU2011135108/28A patent/RU2473894C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU678391A1 (ru) * | 1977-08-30 | 1979-08-05 | Ленинградская Ордена Ленина Лесотехническая Академия Им. С.М.Кирова | Способ определени плотности древесных материалов |
| SU1585743A1 (ru) * | 1988-01-11 | 1990-08-15 | Алтайский Сельскохозяйственный Институт | Устройство дл ультразвукового контрол линейной плотности волокнистой ленты |
| RU1776791C (ru) * | 1990-01-22 | 1992-11-23 | Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта | Устройство дл измерени скоростей распространени упругих волн и плотности твердых тел |
| RU1817016C (ru) * | 1991-03-28 | 1993-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов | Способ ультразвукового определени истинной плотности порошкового материала |
| JP2005007036A (ja) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波骨密度測定装置 |
| WO2008067328A2 (en) * | 2006-11-27 | 2008-06-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Density and porosity measurements by ultrasound |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523782C1 (ru) * | 2013-04-02 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН) | Способ контроля локальных изменений плотности образца горной породы в процессе его деформирования |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ni et al. | Monitoring the hydration of cement using highly nonlinear solitary waves | |
| Xu et al. | Nondestructive testing residual stress using ultrasonic critical refracted longitudinal wave | |
| Kirby et al. | On the scattering of longitudinal elastic waves from axisymmetric defects in coated pipes | |
| Aggelis et al. | The influence of propagation path on elastic waves as measured by acoustic emission parameters | |
| Hannachi et al. | Review of the ultrasonic pulse velocity evaluating concrete compressive strength on site | |
| Best et al. | Modelling harmonic generation measurements in solids | |
| Llana et al. | Time-of-flight adjustment procedure for acoustic measurements in structural timber | |
| Ben et al. | Damping measurement in composite materials using combined finite element and frequency response method | |
| EP1471350A2 (en) | Apparatus for in-situ nondestructive acoustic measurement of young's modulus of plate structures | |
| RU2473894C1 (ru) | Ультразвуковой способ контроля плотности в процессе эксплуатации деталей из высоконаполненных композитных материалов на основе октогена | |
| Eaton et al. | Characterisation of damage in composite structures using acoustic emission | |
| Kırlangıç et al. | Assessment of Concrete Beams with Irregular Defects Using Surface Waves. | |
| Xu et al. | Propagation behavior of acoustic wave in wood | |
| Attar et al. | Non-destructive acoustic resonance method for evaluating eggshell strength and thickness | |
| Muravieva et al. | Water absorption effect on the propagation velocity of normal waves in composite rebars | |
| Javadi | Ultrasonic measurement of hoop residual stress in stainless steel pipes | |
| US6575036B1 (en) | Method for in-situ nondestructive measurement of Young's modulus of plate structures | |
| Kim et al. | Characterization of the crack depth in concrete using self-compensating frequency response function | |
| Salinas et al. | In-situ monitoring of dislocation proliferation during plastic deformation of 304L steel using ultrasound | |
| RU2707984C1 (ru) | Способ определения огнестойкости строительных материалов и элементов конструкций | |
| RU2418298C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля средневесовой молекулярной массы полимеров в растворе | |
| Wibowo et al. | Crack depth measurement of reinforced concrete beams using UPV | |
| RU2810679C1 (ru) | Ультразвуковой способ определения разности главных механических напряжений в ортотропных конструкционных материалах | |
| RU2319957C2 (ru) | Способ ультразвукового контроля предела прочности при разрыве полимеров | |
| Teixeira | Evaluation of maximum strength and modulus of elasticity of Douglas-fir lumber in axial to grain tension by two nondestructive techniques |