ГОСТ Р 53568-2009

ГОСТ Р 53568-2009 Контроль неруйнівний. Визначення констант пружності третього порядку акустичним способом. Загальні вимоги

ГОСТ Р 53568-2009
Група Т59

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Контроль неруйнівний

ВИЗНАЧЕННЯ КОНСТАНТ ПРУГОСТІ ТРЕТЬОГО ПОРЯДКУ АКУСТИЧНИМ МЕТОДОМ

Загальні вимоги

Non-destructive testing. Визначення третій послідовності elasticity modulus з ultrasound метод. General requirements

ГКС 77.040.10

Дата введення 2010-12-01

Передмова

Цілі та принципи стандартизації в Російській Федерації встановлені Федеральним законом від 27 грудня 2002 N 184-ФЗ «Про технічне регулювання», а правила застосування національних стандартів Російської Федерації - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизація в Російській Федерації. Основні положення"
Відомості про стандарт

1 РОЗРОБЛЕНО Нижегородською філією Інституту машинознавства ім. А. А. Благонравова Російської академії наук (НФ ІМАШ РАН), Автономною некомерційною організацією «Науково-дослідний центр контролю та діагностики технічних систем» (АНО «НДЦ КД»)

2 ВНЕСЕН Технічним комітетом зі стандартизації ТК 132 "Технічна діагностика"

3 ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Наказом Федерального агентства з технічного регулювання та метрології від 15 грудня 2009 р. N 861-ст

4 ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ


Інформація про зміни до цього стандарту публікується в інформаційному покажчику «Національні стандарти», що щорічно видається, а текст змін і поправок — у щомісячно видаваних інформаційних покажчиках «Національні стандарти». У разі перегляду (заміни) або скасування цього стандарту відповідне повідомлення буде опубліковане у щомісячному інформаційному покажчику «Національні стандарти». Відповідна інформація, повідомлення та тексти розміщуються також в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет

Вступ

Об'єктивна оцінка працездатності та безпеки відповідальних технічних об'єктів, що експлуатуються, у більшості практично важливих випадків неможлива без оцінки напруженого стану, в якому знаходиться їх матеріал.

Серед сучасних неруйнівних методів вимірювання механічних напруг акустичні методи відносяться до найбільш перспективних і все ширше застосовуваних у світовій практиці.
В основі акустичних методів визначення напруженого стану лежить упругоакустичний ефект - лінійна залежність швидкості поздовжніх і зсувних пружних хвиль від напруги в матеріалі, надійне експериментальне визначення якої стало можливим з появою сучасної ультразвукової та радіоелектронної вимірювальної техніки.

Найважливішими характеристиками матеріалу, що дозволяють оцінити його напружений стан, є його коефіцієнти акустопружного зв'язку [1], що визначаються константами пружності другого та третього порядків. Якщо процедуру визначення констант пружності другого порядку методично давно відпрацьовано, то особливості визначення констант пружності третього порядку нічим, крім [2], не регламентовані. У цьому представляється актуальною розробка стандарту, що відповідає сучасним вимогам нормативного забезпечення методів неруйнівного контролю, що розвиваються.

Крім визначення напруженого стану твердих тіл на основі явища акустопружності, знання констант нелінійної пружності важливе при визначенні напружено-деформованого стану пластин та оболонок, при вивченні ефектів взаємодії полів пружних деформацій з полями іншої природи (електричних, магнітних тощо ).

Цей стандарт є методичною основою для визначення констант пружності третього порядку при застосуванні акустичного методу контролю механічних напруг за ГОСТ Р 52731, а також може бути використаний для інших практичних додатків нелінійної теорії пружності, зокрема, при аналітичних та чисельних розрахунках напружено-деформованого стану матеріалів та конструкцій із використанням нелінійно-пружних моделей матеріалу.

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на лабораторний акустичний метод визначення констант пружності третього порядку твердих тіл і встановлює загальні вимоги до порядку визначення констант пружності третього порядку, усереднених за товщиною матеріалу та обсягом ультразвукового пучка, з використанням об'ємних ультразвукових хвиль, що поширюються в напрямку, матеріалів.

Знання констант пружності третього порядку дозволить проводити більш точні розрахунки міцності пластин і оболонок з урахуванням нелінійних пружних властивостей матеріалів.

Фізичною основою методу служить пружноакустичний ефект - залежність швидкості поздовжніх і пружних зсувних хвиль від величини одновісної напруги в матеріалі.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використано нормативні посилання на такі стандарти:

ГОСТ Р 52731-2007 Контроль неруйнівний. Акустичний метод контролю механічної напруги. Загальні вимоги

ГОСТ 12.1.001-89 Система стандартів безпеки праці. Ультразвук. Загальні вимоги безпеки

ГОСТ 12.1.019-79 Система стандартів безпеки праці. Електробезпека. Загальні вимоги та номенклатура видів захисту

ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартів безпеки праці. Електробезпека. Гранично допустимі значення напруги дотику та струмів

ГОСТ 12.2.013.0-91 (МЕК 745-1-82) Система стандартів безпеки праці. Машини електричні ручні. Загальні вимоги безпеки та методи випробувань

ГОСТ 1497-84 Метали. Методи випробувань на розтягування

ГОСТ 2768-84 Ацетон технічний. Технічні умови

ГОСТ 2789-73 Шорсткість поверхні. Параметри та характеристики

ГОСТ 6507-90 Мікрометри. Технічні умови

ГОСТ 10587-84 Смоли епоксидно-діанові не затверджені. Технічні умови

ГОСТ 17299-78 Спирт етиловий технічний. Технічні умови

ГОСТ 26266-90 Контроль неруйнівний. Перетворювачі ультразвукові. Загальні технічні вимоги

ГОСТ 28840-90 Машини для випробування матеріалів на розтяг, стиск та вигин. Загальні технічні вимоги

Примітка — При користуванні цим стандартом доцільно перевірити дію стандартів посилань в інформаційній системі загального користування — на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет або за щорічно видається інформаційному покажчику «Національні стандарти», опублікованому станом на 1 січня , та за відповідними інформаційними покажчиками, що щомісяця видаються, опублікованими в поточному році. Якщо стандарт посилається (змінений), то при користуванні цим стандартом слід керуватися замінним (зміненим) стандартом. Якщо стандарт зв'язку скасовано без заміни, то положення, в якому дано посилання на нього, застосовується в частині, що не зачіпає це посилання.

3 Позначення

3.1 У цьому стандарті застосовані такі позначення:

- Модуль Юнга матеріалу випробувального зразка, МПа;

- Коефіцієнт Пуассона матеріалу випробувального зразка;

- Об'ємний модуль пружності, МПа;

, - Коефіцієнти Ламе другого порядку, МПа;

- Пружна одновісна напруга в випробувальному зразку, МПа;

- межа плинності матеріалу випробувального зразка, МПа;

- Число ступенів пружного навантаження випробувального зразка;

- Номер ступеня пружного навантаження випробувального зразка 1, …, ;

- Навантаження на -й ступені навантаження, ;

- Одновісна напруга у випробувальному зразку на -й ступені навантаження, МПа;

- Товщина випробувального зразка в ненавантаженому стані, мм;

- Площа поперечного перерізу випробувального зразка, мм , , де - ширина робочої частини зразка, мм;

- Затримки імпульсів пружних хвиль на -й ступені навантаження, мкс:

- 1 відповідає пружній зсувній хвилі з вектором поляризації, паралельним осі зразка,

- 2 відповідає пружній хвилі зсуву з вектором поляризації, перпендикулярним до осі зразка,

- 3 відповідає пружній поздовжній хвилі;

- Швидкості поширення пружних хвиль, що відповідають затримкам імпульсів пружних хвиль у матеріалі , м/с;

- Коефіцієнти акустопружного зв'язку, 1/МПа, 1, 2, 3:

- - Відносна зміна затримки імпульсу зсувної хвилі, поляризованої вздовж напрямку дії одновісної напруги, при його зміні на 1 МПа;

- - Відносна зміна затримки імпульсу зсувної хвилі, поляризованої поперек напрямку дії одновісної напруги, при його зміні на 1 МПа;

- - Відносна зміна затримки імпульсу поздовжньої хвилі при зміні напруги на 1 МПа;

, , - Константи пружності третього порядку Мурнагану, МПа.

4 Загальні положення

4.1 Визначення констант пружності третього порядку виконують відповідно до загальних вимог [1].

4.2 Вимірювання та обробку результатів виконують у лабораторних умовах.

4.3 Вимірювання проводять на випробувальних зразках матеріалу об'єкта контролю. Вимоги до зразків наведено у розділі 7.

4.4 Для визначення констант пружності третього порядку використовують зсувні хвилі, поляризовані вздовж і поперек осі зразка, а також поздовжні хвилі.

4.5 Схема прозвучування матеріалу відповідає луна-методу ультразвукового контролю [1]. Спосіб збудження пружних коливань – контактний. Вид випромінюваного сигналу - радіоімпульс з високочастотним (ультразвуковим) заповненням, плавною огинаючої та ефективною тривалістю (на рівні 0,6 максимальної амплітуди) 2-4 періоди основної частоти.

4.6 Для випромінювання та прийому акустичних сигналів застосовують прийомопередавальні (суміщені) п'єзоелектричні перетворювачі (далі - перетворювачі) поздовжніх та зсувних хвиль за ГОСТ 26266 .

4.7 Константи пружності третього порядку є усередненими за обсягом ультразвукового пучка, що визначається поперечними розмірами перетворювача та товщиною матеріалу зразка.

5 Вимоги безпеки

5.1 До виконання вимірювань допускають операторів, що володіють навичками експлуатації обладнання ультразвукового неруйнівного контролю, що вміють користуватися загальноросійськими та галузевими нормативними і технічними документами за акустичними методами контролю, що пройшли навчання роботі з застосовуваними засобами вимірювань і атестованих на знання правил безпеки відповідності.

5.2 Оператор повинен керуватися ГОСТ 12.1.001 та правилами технічної безпеки при експлуатації електроустановок споживачів за ГОСТ 12.1.019 та ГОСТ 12.1.038.

6 Вимоги до засобів вимірювань

6.1 Як засоби вимірювання використовують установки, зібрані з серійної апаратури, або спеціалізовані засоби (далі — прилади), сертифіковані та повірені в установленому порядку.

6.2 Акустичні прилади повинні містити комплект перетворювачів з номінальною частотою 5 МГц, що забезпечують випромінювання та прийом зсувних та поздовжніх пружних хвиль.

6.3 Межі допустимої відносної похибки вимірювання часу поширення імпульсів пружних хвиль не повинні перевищувати ±10 .

6.4 Як навантажувальні пристрої використовують машини для випробування матеріалів на розтяг, стиснення і вигин за ГОСТ 28840 .

6.5 Межі допустимої похибки вимірювання навантаження при прямому ході (у відсотках навантаження, що вимірюється) не повинні перевищувати ±0,5%, що відповідає випробувальним машинам групи 0-У за ГОСТ 28840 .

6.6 Для вимірювання товщини зразка у місці установки перетворювача використовуються мікрометри за ГОСТ 6507 з ціною розподілу 0,001 мм.

6.7 Допоміжні пристрої та матеріали

6.7.1 Шліфувальний інструмент для підготовки поверхні - за ГОСТ 12.2.013.0.

6.7.2 Для знежирення поверхні зразка застосовують спирт за ГОСТ 17299 або ацетон за ГОСТ 2768 .

6.7.3 Для забезпечення акустичного контакту перетворювача з поверхнею зразка застосовують епоксидну смолу згідно з ГОСТ 10587 або іншу контактну рідину. В'язкість контактної рідини за температури вимірювання повинна відповідати в'язкості епоксидної смоли при температурі 25 °С: 12-25 Па·с.

7 Вимоги до випробувальних зразків

7.1 Як випробувальні зразки використовують плоскі зразки, виготовлені з матеріалу об'єкта контролю відповідно до ГОСТ 1497 .

7.2 Число випробувальних зразків має бути не менше ніж 5.

7.3 Товщина випробувальних зразків має бути не менше 5 мм.

7.4 Ширина робочої частини випробувальних зразків має бути в 2-3 рази більше за геометричні розміри активних елементів перетворювачів.

7.5 З обох сторін робочої поверхні випробувальних зразків у центрі робочої частини готують квадратні майданчики зі стороною, що дорівнює ширині зразка, та шорсткістю поверхні не більше 1,25 за ГОСТ 2789 .

8 Підготовка до виконання вимірювань

8.1 У кожного випробувального зразка до його встановлення у захоплення випробувальної машини вимірюють товщину у місці встановлення перетворювача.

8.2 Встановлюють випробувальний зразок захоплення випробувальної машини.

8.3. Наносять шар контактної рідини на підготовлену поверхню випробувального зразка.

8.4 У центрі зразка встановлюють перетворювач зсувних хвиль, орієнтуючи його вектор поляризації паралельно осі зразка.

8.5 Вище осі зразка встановлюють перетворювач зсувних хвиль, орієнтуючи його вектор поляризації перпендикулярно до осі.

8.6 Нижче осі зразка встановлюють перетворювач поздовжніх хвиль.

8.7 Включають прилад, виводять на екран відеоконтрольного пристрою тимчасову розгортку сигналів, що приймаються.

8.8 Перевіряють якість акустичного контакту, на екрані відеоконтрольного пристрою повинні спостерігатися багаторазово відображені імпульси трьох типів хвиль при тривалості розгорнення не менше 50 мкс для зсувних і не менше 30 мкс для поздовжніх хвиль.

9 Порядок виконання вимірювань

9.1 Вимірювання виконують у нормальних кліматичних умовах

9.2 Випробувальний зразок навантажують силою потім послідовно 4-6 ступенями зменшують її до значення .

9.3 На першому ступені навантаження ( 1) вибирають перший луна-імпульс і наступний за ним другий луна-імпульс, який використовують для вимірювання затримки імпульсу на подвійній товщині зразка.

9.4 Для першого ехо-імпульсу вибирають момент часу, що відповідає реперній точці профілю імпульсу.

Примітка — Як реперна вибирають одну з точок, де сигнал має нульове значення.

9.5 Для другого ехо-імпульсу визначають момент часу, що відповідає такій же реперній точці профілю цього імпульсу.

9.6 За різницею часу визначають затримку імпульсу на подвійній товщині зразка ( 1, 2, 3 відповідно для зсувних хвиль, поляризованих вздовж і поперек випробувального зразка, і поздовжньої хвилі).

Примітка — Якщо помилка визначення не задовольняє вимогам 6.5, то вимірюють часовий інтервал між першим та -м луна-імпульсами ( - порядковий номер ехо-імпульсу) відповідно до ГОСТ Р 52371. Надалі як затримка використовують набуте значення.

9.7 Вимірювання відповідно до 9.2-9.6 повторюють для кожної з ступенів навантаження випробувального зразка.

9.8 Вимірювання відповідно до 9.2-9.6 повторюють для всіх випробувальних зразків матеріалу об'єкта контролю.

10 Обробка результатів вимірювань

10.1 За результатами вимірювань на всіх випробувальних зразках для кожного типу хвиль розраховують коефіцієнти кореляції між відносними змінами затримок та напруженнями за формулою

. (1)

Результати вимірювань вважаються задовільними, якщо коефіцієнти кореляції всім типів хвиль щонайменше 0,95. В іншому випадку експеримент слід повторювати зі збільшеною кількістю рівнів навантаження доти, доки не буде виконано умову 0,95 ( 1,2, 3).

10.2 Коефіцієнти акустопружного зв'язку розраховують за формулою

. (2)

10.3 Константи пружності третього порядку Мурнагана розраховують за формулами [3, 4]

, (3)

, (4)

, (5)

де

, (6)

, (7)

. (8)

Примітка — Замість констант пружності третього порядку Мурнагану дозволяється використовувати константи , , [5], , , [6], , , [7].


Формули зв'язку між константами вказані у таблиці 1.


Таблиця 1 - Формули зв'язку між різними константами пружності третього порядку

11 Оформлення результатів вимірів

Результати вимірювань фіксують у протоколі, форму якого наведено у додатку А.

Додаток, А (рекомендований). Форма протоколу вимірів

Додаток А
(рекомендоване)

ПРОТОКОЛ
визначення констант пружності третього порядку

Таблиця 1 - Результати вимірювань для випробувального зразка N

9 Середні значення констант пружності третього порядку вказані в таблиці 2


Таблиця 2 - Значення констант пружності третього порядку

Примітка , , - Відносні похибки визначення констант пружності третього порядку , , .