3. Описание лабораторной установки

Импульсный метод определения скорости распространения упругих волн в материале может быть изучен с помощью серийной ультразвуковой аппаратуры, в частности прибора УКБ-1М и ультразвуковых преобразователей.

Рис. 1. 2. Функциональная схема прибора УКБ -1М

На рис. 1.2 приведена функциональная схема прибора. Задающий генератор вырабатывает импульсы для запуска ступенчатой или плавной задержки ждущей развертки, которая используется для отсчета времени прохождения ультразвуковых колебаний (УЗК) в материале. Электрические импульсы генератора УЗК возбуждают излучающий преобразователь на его резонансной частоте. Упругие колебания излучающего преобразователя при его контакте с поверхностью испытуемого изделия вводятся в изделие.

Прошедшие через изделие колебания принимаются приемным ПЭП и преобразуются в электрические колебания, поступающие через предварительный усилитель на вертикально-отклоняющиеся пластины электронно-лучевой трубки и через детекторное устройство - на вход автоматического сигнализатора времени распространения. Измерение времени распространения УЗК заключается в том, что при помощи плавной и ступенчатой задержек запуска развертки передний фронт принятых УЗК совмещается с началом развертки. Суммарная величина введенной задержки равна измеренному времени.

При определении скорости продольных волн в испытуемых изделиях устанавливаются две базы измерений (рис. 1.3). Длина первой базы L₁ = 0,1 м, длина второй базы L₂ = 0,22 м, В процессе измерений один преобразователь устанавливается в положение а, а другой поочередно в положения б и в; в каждом из положений второго преобразователя по переднему фронту принятого импульса определяется время прохождения баз и соответственно.

Рис. 1.3. Схема установки ПЭП на изделии

Скорость распространения ультразвуковых колебаний вычисляется по формуле:

, (1.2)

где: - скорость колебаний в направлении ; - время прохождения импульсом баз и в данном направлении. Направления измерений выбираются в зависимости от типа структуры стеклопластика. Обычно, если преподавателем не указанно иное, проводятся три измерения: по направлению расположения основы, по направлению расположения утка и под углом 45^о к вышеуказанным направлениям. Если установить направление основы визуально не удаётся, то производится произвольная разметка образца и производятся измерения согласно схеме, приведённой на рис. 1.4.

Плотность материала изделия определяется по значениям скоростей распространения колебаний в выбранных направлениях:

(1.3)

4. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством прибора УКБ-1М.

2. Осуществить подготовку прибора к работе:

   1. подсоединить заземляющий кабель к клемме "Земля" и к контуру заземления;

   2. установить органы управления прибора в положения: выключатель «Сеть выкл.» – «Выкл.», переключатель «Ослабление дБ» – «О», ручку «Усиление» – среднее, переключатель «Отсчет плавно» - «О» по лимбу шкалы, переключатель «Отсчет ступенч.» - «О», тумблер «Развертка I ,II» - «II», ручку «Развертка плавно» - среднее, ручку «Смещ.» - среднее, тумблер «Амплитуда УЗК» - «Мах», переключатель «Род работы» – «Измер.», переключатель «Множитель» - «0,5», ручку «Яркость» - крайнее правое;

   3. подсоединить к разъемам «Выход генератора» и «Вход усилителя» соединительные кабели с пьезопреобразователями на выбранную рабочую частоту;

   4. подсоединить прибор к сети 50 Гц напряжением 220 В;

   5. включить прибор, повернув выключатель «Сеть – выкл»;

   6. ручками управления «Фокус», «Смещ. X», «Яркость», «Астигматизм» и «Геометрия» установить необходимую яркость изображения, фокусировку, добиться изображения на экране ЭЛТ и установить начало линии развертки в начале сетки экрана ЭЛТ;

   7. убедиться в том, что передающий преобразователь издает звучание низкой частоты;

   8. установить ручку «Усиление» в крайнее правое положение и убедиться в наличии «шумовой дорожки» на линии развертки.

3. Произвести установку преобразователей через слой контактной смазки на поверхность испытуемого изделия с базой (см. рис. 2): передающий преобразователь - в положение а, приёмный преобразователь - в положение б. Измерение осуществляется вдоль основы ткани.

4. Определить время прохождения импульсом базы в материале в направлении, указанном в п. З, для этого:

   1. тумблер «Развертка I, II» установить в положение «I», ручку «Развертка плавно» - в среднее положение;

   2. ручками «Отсчёт ступенч.» и «Отсчёт плавно» установить фронт первого вступления колебаний вблизи начала линии развертки;

   3. амплитуду первого вступления колебаний при помощи ручек «Усиление» и «Ослабление» установить на уровне нижней горизонтальной линии на сетке экрана ЭЛТ;

   4. установив ручку «Развертка плавно» в крайнее правое положение и вращая ручку «Отсчёт плавно», совместить первое вступление принятого сигнала с началом линии развертки;

   5. произвести расчет времени распространения импульсов посредством умножения показаний шкал лимба нониуса на соответствующий множитель диапазона.

Форма 1.1

Параметры	Направление измерений
	вдоль основы		вдоль утка		под углом 450
	L1о=0,1м	L1о=0,22м	L1у=0,1м	L1у=0,22м	L145=0,1м	L145=0,22м
Время распространения УЗК Ti, ·10-6 сек
Скорость рапространения УЗК ci = (L1-L2)/(T1-T2), м/с
Плотность материала кг/м3
Динамический модуль упругости материала Е, МПа

5. Установить преобразователи на поверхность испытуемого изделия с базой = 100 мм вдоль основы ткани (см. рис. 1.3); передающий преобразователь - в положение a; приёмный преобразователь – в положение в.

6. 0пределить время прохождения импульсом базы в материале по п. 5 и в соответствии с указаниями п. 4.

7. Произвести определение времени прохождения импульсом с установкой

двух баз измерений по п.п. 3, 4, 5 вдоль утка ткани и и под углом 45⁰ к основе и утку и

8. Вычислить скорость распространения УЗК по формуле (1.2).

9. Определить плотность материала испытуемого изделия в направлениях

основы ткани, утка и под углом 45° к ним в соответствии с выражением (1.3).

10. Используя номограмму на рис. 1.5, определить динамические модули

упругости материала Е в выбранных направлениях.

Рис. 1.4. Схема постановки датчиков по основе, утку и под 45^о к ним на стеклопластиковом образце