×
09.06.2018
218.016.5c81

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для определения внутренних напряжений в рельсах бесстыкового пути. Сущность изобретения заключается в том, что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог вводят импульсы ультразвуковых колебаний продольных и поперечных волн, принимают прошедшие через объект импульсы одним прямым раздельно-совмещенным преобразователем и тремя наклонными приемными преобразователями, размещенными на одной оси. Прямым раздельно-совмещенным преобразователем измеряют высоту исследуемого объекта и в зависимости от нее устанавливают три наклонных приемных преобразователя на определенном расстоянии от излучающего наклонного преобразователя, направленного встречно приемным. Измеряют времена распространения импульсов продольных и трансформированных ультразвуковых волн от излучающего преобразователя до приемных преобразователей, по которым судят о величине напряжений. Технический результат: обеспечение возможности существенного повышения точности определения механических напряжений за счет перемещения приемных преобразователей относительно излучающего преобразователя и учета высоты исследуемого объекта. 1 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области контроля механических напряжений в твердых материалах и может быть использовано для определения внутренних напряжений в рельсах бесстыкового пути, испытывающих значительные нагрузки в процессе эксплуатации.

Известен акустический способ определения внутренних механических напряжений в твердых материалах, заключающийся в том, что в исследуемый объект вводят импульсы ультразвуковых колебаний продольных и поперечных волн, принимают прошедшие через объект импульсы и измеряют времена их прохождения, по которым судят о величине напряжений. Излучающим преобразователем вводят два импульса ультразвуковых колебаний продольных волн и два импульса ультразвуковых колебаний поперечных волн под разными углами α1 и α2 и принимают двумя приемными преобразователями прошедшие через объект импульсы на расстояниях и от излучающего преобразователя, а величину напряжения σ определяют по формуле:

где βT, βL - акустоупругие коэффициенты для поперечных и продольных волн в исследуемом материале;

, , , - времена прохождения ультразвуковых импульсов разных типов волн и по разным путям;

- отношение расстояний от излучающего преобразователя до второго и первого приемных преобразователей.

Кроме того, угол α1 ввода ультразвуковых колебаний продольных и поперечных волн устанавливают равным 45°, а величину напряжения σ определяют по формуле:

Приемные преобразователи устанавливают один от другого на расстоянии из условия равенства времени прохождения ультразвуковых колебаний продольных волн по дальнему пути времени прохождения ультразвуковых колебаний поперечных волн по кратчайшему пути.

В точке ввода излучающего преобразователя вводят дополнительно импульсы колебаний поверхностной волны в направлении приемных преобразователей, измеряют времена ts1 и ts2 пробега импульсов поверхностной волны до приемных преобразователей, а величину L отношения расстояний определяют из соотношения L=ts1/ts2 (патент РФ №2057330, G01N 29/00, приоритет от 25.02.1994 г., опубл. 27.03.1996 г.), принятый за аналог.

Недостатком данного способа является то, что в приемных преобразователях в случае разного акустического контакта возрастает погрешность результатов измерений. Кроме того, невозможно осуществить одним излучателем ввод двух пар ультразвуковых колебаний продольных и поперечных волн под двумя разными углами.

В патенте РФ №2057330 рассматриваются две продольных и две поперечные волны, вводимых во вторую среду. Причем продольные и поперечные волны распространяются под одним углом. Для этого также необходимы два датчика, работающих в режиме излучения.

Известен ультразвуковой способ измерения внутренних механических напряжений, заключающийся в том, что излучающим преобразователем в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог вводят импульсы ультразвуковых продольных и поперечных волн, принимают приемным преобразователем прошедшие сигналы, измеряют времена их прохождения, по которым судят о величине внутренних механических напряжений. Кроме того, приемным преобразователем дополнительно принимают трансформированные поперечные волны от падающих на исследуемый объект продольных волн и трансформированные продольные волны от падающих на исследуемый объект поперечных волн, измеряют времена прохождения этих волн в нагруженном и ненагруженном объекте, определяют изменение времени задержки прошедших сигналов (их разность), а величину напряжения определяют по формуле

где βT - акустический коэффициент для поперечной волны в нагруженном объекте;

τT - время задержки поперечной волны в нагруженном объекте;

ΔτL - изменения времени задержки продольных волн в нагруженном и ненагруженном объекте;

ΔτLT - изменение времени задержки продольных волн, трансформированных в поперечные волны, в нагруженном и ненагруженном объекте;

αT - угол ввода поперечной волны в нагруженном объекте.

Кроме того, используют приемный и излучающий преобразователи с углом ввода продольных ультразвуковых колебаний, равным 18° (патент РФ №2601388, G01N 29/04, приоритет от 09.12.2014 г., опубл. 27.06.2016 г. Бюл. №18), принят за прототип.

Недостатком данного способа является то, что при изменении высоты исследуемого объекта (рельса) место приема сигнала максимальной амплитуды принимаемым преобразователем изменяется, так как смещается акустическая ось отраженных сигналов, что вносит погрешность при определении времени распространения сигнала в исследуемом объекте, а следовательно, и погрешность в определение внутренних механических напряжений.

При разработке заявляемого способа была поставлена задача повышения точности определения механического напряжения за счет уменьшения влияния высоты объекта.

Поставленная задача решается за счет того, что в ультразвуковом способе определения внутренних механических напряжений, заключающемся в том, что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог вводят импульсы ультразвуковых колебаний продольных и поперечных волн, принимают прошедшие через объект импульсы и измеряют времена их прохождения, по которым судят о величине напряжений, при этом прошедшие через объект импульсы принимают одним прямым раздельно-совмещенным преобразователем и тремя наклонными приемными преобразователями, размещенными на одной оси на расстояниях S1, S2 и S3 от излучающего преобразователя, определяемых по формулам:

где Н - высота объекта контроля, м; αL, αT - углы ввода продольных и поперечных волн излучающего наклонного преобразователя соответственно. Причем время прохождения этих волн измеряют в нагруженном и ненагруженном объектах, а величину напряжения σ определяют по формуле:

где τT01, τT1 - времена распространения сигнала поперечной волны от излучающего преобразователя до первого приемного преобразователя ненагруженного аналога и нагруженного исследуемого объекта соответственно, нс;

τT03, τT3 - времена распространения сигнала поперечной волны от излучающего преобразователя до третьего приемного преобразователя ненагруженного аналога и нагруженного исследуемого объекта соответственно, нс;

τLT02, τLT2 - времена распространения сигнала трансформированных волн от излучающего преобразователя до второго приемного преобразователя ненагруженного аналога и нагруженного исследуемого объекта соответственно, нс;

kLT2 - акустоупругий коэффициент трансформированных волн от излучающего преобразователя до второго приемного преобразователя, МПа-1.

Высота объекта контроля (Н) определяется по формуле:

где CLпр - скорость продольной ультразвуковой волны в объекте контроля под прямым раздельно-совмещенным преобразователем, м/с; τLпр - время распространения продольной ультразвуковой волны в объекте контроля под прямым раздельно-совмещенным преобразователем, нс.

На чертеже приведена схема прозвучивания при ультразвуковом способе определения внутренних механических напряжений в твердых материалах, которая содержит: ИП - излучающий и принимающий продольную (Lпр) ультразвуковую волну прямой раздельно-совмещенный преобразователь; И - излучающий продольную (Lнак) и поперечную (T) ультразвуковые волны наклонный преобразователь с углом ввода продольной ультразвуковой волны 18°; П1, П2, П3 - принимающие ультразвуковые волны наклонные преобразователи с углами ввода продольной ультразвуковой волны 18°.

Способ реализуется следующим образом.

Преобразователи П1, П2, П3 устанавливают в точки А, В, С на расстоянии S1, S2, S3 от излучающего преобразователя И при условии, что угол ввода продольной волны преобразователя И αL известен, а угол ввода поперечной волны в нагруженном объекте постоянный и находится по формуле:

Расстояния S1, S2, S3 определяют по формулам (1), (2), (3) для нахождения места наилучшего приема сигналов поперечной (Т), трансформированной (LT) и продольной (Lнак) волн соответственно как на исследуемом, так и на ненагруженном объектах, находящихся в одном температурном режиме.

В точке А измеряются времена прихода продольной (L), поперечной (T) и трансформированной (LT) волн (τL1, τT1, τLT1). Такие же измерения проводят в точках В и С, при этом получают значения τL2, τT2, τLT2, τL3, τT3, τLT3.

При изменении высоты объекта Н преобразователем ИП регистрируется изменение времени распространения продольной волны τLпр и меняются расстояния между излучающим преобразователем И и принимающими преобразователями П1, П2, П3 на соответствующие величины ΔS1, ΔS2, ΔS3.

Высоту объекта Н определяют через измерение времени распространения продольной волны τLпр прямого раздельно-совмещенного преобразователя ИП при заданной скорости продольной ультразвуковой волны (Lпр).

В каждой точке приема А, В и С измеряются времена прихода поперечных и трансформированных волн τT1, τLT2 и τT3 соответственно для исследуемого нагруженного объекта и τT01, τLT02 и τT03 для ненагруженного объекта. Внутренние механические напряжения σ в исследуемом объекте определяют по формуле (4). Предварительно экспериментально определяется kLT2.

Пример 1.

Осуществляли определение внутренних механических напряжений σ в термоупрочненном рельсе Р65 высотой 180 мм, созданных нагружающим гидравлическим стендом (патент РФ №154503, МПК Е01В 29/20, 29/46. Устройство для создания растягивающего или сжимающего напряжения в рельсе / Глухов Б.В., Курбатов А.Н., Тенитилов Е.С., Степанова Л.Н. - Опубл. 27.08.2015, Бюл. №24). Одновременно измерялись напряжения σтензо сертифицированной микропроцессорной многоканальной тензометрической системой ММТС-64.01 (свидетельство RU.C.34.007.A №44412) класса точности 0,2. Для измерения напряжений в исследуемом рельсе наклеивались тензодатчики типа ПКС (свидетельство RU.C.28.007.A №30935) с сопротивлением R=200 Ом, базой L=12 мм, коэффициентом тензочувствительности К=2,12. Тензодатчики наклеивались вдоль приложенной нагрузки посередине шейки рельса с двух сторон.

На поверхность катания головки нагружаемого исследуемого рельса и ненагруженного его аналога устанавливались по одному прямому раздельно-совмещенному преобразователю ИП (П112-2,5-12) и по четыре наклонных преобразователя (П121-2,5-18-002) один из которых был излучающим преобразователем И, а три других принимающими преобразователями П1, П2, П3 (см. чертеж). Предварительно на все преобразователи наносили контактную смазку. Угол ввода продольной ультразвуковой волны наклонных преобразователей равен 18°. Излучающий преобразователь И устанавливали так, чтобы его акустическая ось была направлена встречно акустическим осям принимающих преобразователей П1, П2, П3, а сами наклонные преобразователи находились на одной оси на расстояниях S1, S2 и S3 от излучающего преобразователя И соответственно. Эти расстояния рассчитывали по формулам (1), (2), (3). Для этого задавали скорость продольной ультразвуковой волны (CLпр) прямого раздельно-совмещенного преобразователя ИП равной 5910 м/с, а осциллографом TDS-2014 измеряли время распространения продольной волны (τLпр). Рассчитывали расстояния S1, S2 и S3 от излучающего преобразователя И до принимающих преобразователей П1, П2, П3, которые составили соответственно 61 мм, 89 мм, 117 мм. Осциллографом TDS-2014 в каждой точке приема А, В и С принимающих преобразователей измеряли времена прихода сигналов от поперечных (τT1, τT3) и трансформированных (τLT2) волн, соответственно для нагруженного исследуемого рельса и τT01, τT03, τLT02 для ненагруженного его аналога. Экспериментально определили kLT2 - акустоупругий коэффициент трансформированных волн от излучающего преобразователя до второго приемного преобразователя П2, находящегося в точке В, который равен -0,0000114 МПа-1. Результаты измерения временных параметров ультразвуковых волн на различных ступенях нагружения подставлялись в формулу (4) и рассчитывали значения напряжений σакуст.

Определялась относительная погрешность между напряжениями σтензо, измеренными тензометрической системой ММТС-64.01, и напряжениями σакуст. Результаты расчетов приведены в таблице.

Расчетные значения напряжений в рельсе, полученные с использованием предложенного способа определения внутренних механических напряжений, подтверждаются данными, полученными экспериментально с использованием сертифицированной тензометрической системы ММТС-64.01. Относительная погрешность не превышает 2%, что допустимо при проведении промышленных испытаний на железной дороге.


УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 40.
29.12.2017
№217.015.fe45

Способ обжига плоских керамических деталей

Способ относится к технологии производства алюмонитридных керамических деталей плоской конфигурации, изготовленных методом литья шликеров. Первоначально осуществляют отжиг в вакууме при температуре 1300-1400°С в течение 2 часов пластин из пористого графитоподобного нитрида бора, используемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638194
Дата охранного документа: 12.12.2017
19.01.2018
№218.016.0e19

Стенд испытаний боковых рам тележек железнодорожного подвижного состава

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к стендам для испытания боковых рам тележек. Стенд содержит систему акустико-эмиссионного контроля с подсоединяемыми к ней датчиками, нагружающее устройство, содержащее основание, на котором смонтированы стойка со средствами для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633001
Дата охранного документа: 11.10.2017
02.08.2018
№218.016.77f0

Способ монтажа арматурных стержней

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу соединения арматуры железобетонных изделий. Способ монтажа осуществляется с помощью соединительной муфты, в которой предварительно размещают введенные в нее с противоположных сторон наращиваемый и наращивающий арматурные стержни,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662740
Дата охранного документа: 30.07.2018
07.09.2018
№218.016.842d

Способ металлизации керамических изделий

Изобретение относится к технологии изготовления металлокерамических изделий, в частности к металлизации корундовой керамики, и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности, вакуумной технике, электротехнике и других областях техники при пайке керамики с металлами. Заявляемый способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665939
Дата охранного документа: 05.09.2018
13.12.2018
№218.016.a5c7

Способ акустико-эмиссионного контроля дефектов в композиционных конструкциях на основе углепластика

Использование: для технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала осуществляют акустико-эмиссионный контроль при ступенчатом статическом нагружении образцов из углепластика с одинаковым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674573
Дата охранного документа: 11.12.2018
19.12.2018
№218.016.a84f

Способ усиления балки пролетного строения моста

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для усиления пролетных строений существующих мостов. Способ включает нагрев ребра жесткости и уголковых коротышей, прикрепление последних к ребру жесткости и верхнему или нижнему поясу балки, причем коротыши фиксируют на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675120
Дата охранного документа: 17.12.2018
29.12.2018
№218.016.acd8

Способ акустико-эмиссионного контроля конструкций

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля конструкций, включая изделия из хрупких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения контролируемого объекта, оцифровку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676219
Дата охранного документа: 26.12.2018
29.12.2018
№218.016.ace8

Акустико-эмиссионный способ определения типа дефекта структуры образца из углепластика

Использование: для неразрушающего контроля и технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала на образец из углепластика в область концентратора напряжений устанавливают тензодатчики и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676209
Дата охранного документа: 26.12.2018
18.01.2019
№219.016.b0c5

Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам, и, главным образом, к двигателям внутреннего сгорания. ДВС содержит один блок из двух цилиндров с размещенными в них поршнями со штоками, преобразователь движения, выполненный в виде гибкой передачи, содержащей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677440
Дата охранного документа: 16.01.2019
08.02.2019
№219.016.b844

Пневматический молот

Изобретение относится к пневматическому молоту. Молот содержит рабочий инструмент с хвостовиком, корпус, стакан с центральным отверстием и каналом подвода воздуха из сети, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679155
Дата охранного документа: 06.02.2019
Показаны записи 1-10 из 21.
27.04.2013
№216.012.3b2e

Способ обнаружения дефектов поверхности катания колес железнодорожных транспортных средств в движении

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для обнаружения дефектов поверхности катания колес железнодорожных транспортных средств в движении. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов. Сущность: тензодатчики устанавливают симметрично...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480711
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.11.2013
№216.012.8319

Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал

Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в электрический сигнал предназначен для определения дефектов поверхности катания железнодорожного подвижного состава в движении. Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления резистивных датчиков в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499237
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.09.2014
№216.012.f521

Способ акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов и устройство для его осуществления

Использование: для акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что производят сварку стыка, обрубку грата, регистрируют сигналы акустической эмиссии при остывании сварного шва, измеряют скорость счета сигналов акустической эмиссии,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528586
Дата охранного документа: 20.09.2014
10.01.2015
№216.013.18af

Акустико-эмисионный способ диагностирования металлических конструкций

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля металлических конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения конструкции, оцифровку акустических сигналов, их предварительную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537747
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.12.2015
№216.013.9df5

Способ акустико-эмиссионного контроля качества кольцевого сварного шва в процессе многопроходной сварки и устройство для его осуществления

Использование: для контроля качества кольцевых сварных швов в процессе многопроходной сварки. Сущность заключается в том, что предварительно осуществляют калибровку объекта контроля путем установки по контуру шва не менее четырех широкополосных преобразователей, сварной шов разбивают на равные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572067
Дата охранного документа: 27.12.2015
13.01.2017
№217.015.7872

Акустико-эмиссионный способ диагностирования изделий из композиционных материалов на основе углепластика и устройство для его осуществления

Использование: для неразрушающего контроля и технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют калибровку путем установки акустического преобразователя имитатора по дуге...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599327
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.83e9

Ультразвуковой способ измерения внутренних механических напряжений

Использование: для измерения внутренних механических напряжений при ультразвуковом неразрушающем контроле. Сущность изобретения заключается в том, что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог вводят импульсы ультразвуковых продольных и поперечных волн, принимают приемным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601388
Дата охранного документа: 10.11.2016
25.08.2017
№217.015.cd3c

Ультразвуковой способ определения механических напряжений в рельсах

Использование: для определения механических напряжений в рельсах. Сущность изобретения заключается в том, что на рельсовые нити устанавливают преобразователи, подключают их к приемному устройству, производят начальные (эталонные) измерения, величину механических напряжений определяют по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619842
Дата охранного документа: 18.05.2017
25.08.2017
№217.015.cdc4

Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления датчиков в электрический сигнал

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта. Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619828
Дата охранного документа: 18.05.2017
26.08.2017
№217.015.e086

Способ контроля поверхности катания железнодорожных колёс в движении

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для обнаружения дефектов поверхности катания железнодорожных колес в движении. Сущность: на участке пути на рельс на середине высоты устанавливают тензодатчики парами симметрично с двух сторон шейки рельса и ориентируют вертикально....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625256
Дата охранного документа: 12.07.2017
+ добавить свой РИД