Теневой метод контроля несплошностей в изделиях из органопластиков

Министерство образования Российской Федерации

«МАТИ» – Российский государственный технологический

университет им. К. Э. Циолковского

Кафедра: Общая химия, физика и химия композиционных

материалов.

Курсовая работа.

По дисциплине: Физические методы контроля и прогнозирования

работоспособности материалов и изделий

на тему: Теневой метод контроля несплошностей в изделиях из органопластиков.

Студент: Пугачёв А. М.

Группа: 1ХТФ – 5 – 3.22

Руководитель: Козлов Н.А.

Москва 2002

Содержание

Стр.

Введение

1. Теоретические основы метода

1.1 Типы акустических волн

1.2 Характеристики волнового процесса

1.3 Акустические свойства сред

2. Аппаратура

2.1 Структурная схема теневого дефектоскопа

2.2 Генератор импульсов

2.3 Преобразователь

2.4 Помехи теневого метода.

3. Технология обнаружения дефектов в изделиях из органопластиков.

Заключение

Список литературы.

3

4

4

8

12

14

14

16

18

20

21

27

29

Введение.

Неразрушающий контроль - определение показателей качества изделий и материалов без изменения присущих им свойств, параметров, характеристик с целью исключить на стадии изготовления потенциально ненадежные изделия со "скрытыми" дефектами. Осуществляется посредством воздействия на исследуемый объект различных излучений (электромагнитного, инфракрасного, рентгеновского), полей (ультразвукового, магнитного, электростатического) или веществ (лакмуса).

Одним из методов неразрушающего контроля является акустический. Существует несколько методов основанных на применении акустических волн: теневой, временной теневой, зеркально – теневой, эхометод, эхосквозной метод. Метод теневого контроля используют при исследовании скрытых дефектов таких как усадочные раковины, пористость, трещины и другие несплошности изделий. При наличии несплошности в объекте контроля происходит ослабление амплитуды упругих волн прошедшего через ОК сквозного сигнала.

На некоторых стадиях изготовления органопластиков процесса могут возникать различные дефекты в виде нарушения сплошности, которые могут повлиять на работу изделия в процессе эксплуатации. Это приводит к необходимости контролировать дефекты на стадии производства.

Целью работы является раскрытие теоретических основ теневого метода неразрушающего контроля; описание используемой в методе аппаратуры; а также описание видов и принципов обнаружения несплошностей в органопластиках.

Данная работа состоит из трех основных разделов. В первом разделе рассмотрены теоретические основы метода теневого контроля: типы акустических волн, характеристики волнового процесса и акустические свойства сред.

Во втором разделе курсовой работы дано описание используемой аппаратуры: дефектоскоп, структурная схема, генератор импульсов, преобразователь, помехи данного метода.

Третий раздел посвящен описанию процесса получения органопластиков, и возможных видов дефектов, появляющихся на стадиях этого процесса. Здесь же рассмотрен принцип обнаружения внутренних дефектов теневым методом.

1. Теоретические основы метода.

Для неразрушающего контроля изделий методом теневого контроля используются акустические волны. Ниже будут рассмотрены природа акустических волн, скорость их распространения в материале, коэффициент затухания.

1.1 Типы акустических волн.

Упругие колебания в жидкостях и газах характеризуются одной из следующих величин: изменением давления р или плотности, смещением частиц из положения равновесия u, скоростью колебательного движения v, потенциалом смещении χ или колебательной скорости φ. Следует отличать изменение давления или плотности, связанное с распространением акустических волн, от их статистического (среднего) значения. Все перечисленные величины взаимосвязаны, например: u=gradχ; v=gradφ; v=δu/δt; р=ρδφ/δt, где ρ— плотность среды; t—время.

В твердых телах акустическое поле имеет гораздо более сложный вид, чем в жидкостях и газах, потому что твердые тела имеют не только упругость объема, как жидкости и газы, но так же упругость формы (сдвиговую упругость). Вместо давления для твердых тел вводят понятие напряжения, т. е. силы, отнесенной к единице поверхности.

Различают нормальные (растягивающие или сжимающие) напряжения σxx, σyy, σzz, и касательные или тангенциальные (сдвиговые) напряжения σxy, σyz и др. Напряженное состояние твердого тела, таким образом, характеризуют тензором третьего ранга — таблицей из девяти чисел компонентов σij, где i и j принимают значения осей координат х, у, z. Первый индекс указывает координату, в направлении которой действует сила, а второй — площадку, перпендикулярную направлению указанной в нем координаты, к которой эта сила приложена. Тензор этот симметричный: в нем σij = σji.

В жидкостях и газах, где не существует упругости формы, тангенциальные компоненты тензора напряжения отсутствуют, а нормальные компоненты равны друг другу и давлению с обратным знаком. Давление имеет знак минус, потому что напряжение считают положительным, когда оно растягивающее, а давление считают положительным, когда оно сжимающее.

Колебания в твердом теле характеризуются изменением напряжения σij, смещением частиц ui и потенциалом смещения. Понятием колебательной скорости пользуются редко. Часто колебания характеризуют деформацией — изменением взаимного расположения δu точек тела. Это изменение относят к первоначальному расстоянию между точками, в результате чего деформация становится безразмерной величиной. Если точки сдвинулись вдоль отрезка, их соединяющего, то это деформация растяжения-сжатия, а если перпендикулярно этому отрезку деформация сдвига. В результате деформацию записывают в виде тензора εij, аналогичного тензору напряжений. В нем εxx=δux/δx — деформация растяжения-сжатия вдоль оси х и аналогично для других осей. Чтобы сделать тензор деформаций симметричным, компонент εxy записывают в форме εxy=( δux/ δuy + δuy/ δx)/2 и также для других сдвиговых компонент деформации. Величина ε= εxx+ εyy+ εzz означает изменение объема dxdydz элементарного куба. Для жидкостей и газов деформации сдвига отсутствуют, а деформации растяжения-сжатия по всем направлениям одинаковы.

В методе теневого контроля используют волны малой амплитуды. Эго область линейной акустики, где напряжение (или давление) пропорционально деформации. Область колебаний с большими амплитудами или интенсивностями, где такая пропорциональность отсутствует, относится к нелинейной акустике.

Пропорциональную зависимость между напряжениями и деформациями называют законом Гука. В обобщенном виде его записывают в виде

(1.1)

где δij = 1, когда i = j, δij = 0, когда i ≠ j; Λ и μ — константы Ламэ. В технике вместо них используют модули нормальной упругости Е и сдвига G:

(1.2)

Также важная упругая константа коэффициент Пуассона ν, равный отношению сжатия к удлинению растягиваемого стержня:

(1.3)

Во всех случаях упругие свойства изотропного твердого тела характеризуют парой независимых упругих констант.

Волновое уравнение для твердого тела выводят путем применения второго закона Ньютона к элементарному объему dxdydz. Разность сил, приложенных к противоположным его граням, приравнивают произведению массы на ускорение. В результате получают для оси х:

Аналогично можно записать уравнения для осей у и z.

Подставляя вместо напряжений деформаций из (1.1), получают уравнение распространения волн в упругой среде:

(1.4)

где — оператор Лапласа. Это волновое уравнение: в него входят с разными знаками вторые производные по времени и координатам от некоторой переменной величины.

Пользуясь терминами векторного анализа, уравнения типа (1.4) по всем координатам можно записать одной формулой

(1.5)

Если положить μ = 0 и считать ux = uy = uz = u одинаковыми по всем направлениям (скаляр), уравнение (1.5) переходят в волновое уравнение для жидкости или газа: