動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究當前位置:首頁 > 科學技術 > 研究進展 > 力學與數學

動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究

文章來源:科技信息中心編輯室   時間:2019-1-21 14:39:00 訪問數:

 共1頁  1 


高聚物黏結炸藥(Polymer Bonded Explosive, PBX)的彈性模量是表征其抵抗外力發生變形能力的物理量。針對彈性模量傳統檢測的復雜性、費時性、破壞性的問題,基于聲學法研制了一款超聲縱橫波一體化探頭,搭建了一套基于聲速法的PBX動彈性模量測量系統,通過試驗驗證橫縱波一體化探頭同步收-發橫縱波獲得橫縱波聲速并計算動彈性模量的可靠性,并通過開展不同配方PBX動、靜彈性模量測量結果,獲得了動、靜彈性模量之間的關系。擬基于貯存時長、溫度、濕度、壓強的變化條件下,繼續開展動彈性模量與力學性能的關聯性研究,建立彈性模量無損測試規范,實現力學性能的無損診斷及應用,可望用于解決長期炸藥部件力學性能監測不足的難題。

1  聲速法動彈性模量測量基本原理

用聲學法測定的動彈性模量,一般是在很小的應力和交變動負荷下測定的,其測試結果高于用靜力學方法測得的結果,即在應力-應變曲線上相當于應力接近于零時的彈性模量,又可稱為初期切線模量,是在動負荷作用下物體應力與應變的比值。

由聲彈性法則可知,在無限大的固體介質中,超聲波縱波和超聲波橫波的聲速的計算公式分別為

動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究

式中,E為介質的楊氏模量;G為介質的剪切模量;s為介質的泊松比;r為介質的密度;VL為縱波的聲速;Vs為橫波的聲速。在實際情況中,介質的尺寸是一定大小的,不能滿足無限大固體介質的條件。但是當固體介質的尺寸遠遠大于超聲波的波長時,就可以視為無限大的介質。

由材料力學的知識可知,介質的楊氏模量E、剪切模量G和泊松比s之間存在如下的關系

動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究

從式(4)、式(5)和式(6)可以看出,只要測量出介質的密度,超聲波縱波聲速和超聲波橫波聲速,就可以計算得到介質的楊氏模量E、剪切模量G和泊松比s

2  動彈性模量測量系統

2.25 MHz橫縱波一體化探頭,集合常規縱波直探頭和常規橫波直探頭為一體,包括吸聲材料、縱波壓電晶片、橫波壓電晶片、阻尼塊、電纜線以及外殼等,其中橫波、縱波壓電晶片單獨引出1根引線,縱波和橫波保持自己原有的頻率、波長、振動方向等特性并按照原來的傳播方向前進,不發生相互干擾,實現縱波和橫波同時檢測,保證縱波和橫波垂直入射。如圖1所示。

動彈性模量測量系統硬件由計算機、超聲激勵接收裝置和超聲波傳感器組成,計算機上運行上位機動彈性模量測量系統軟件控制超聲激勵接收裝置,設置不同的超聲波參數,回波信號通過超聲激勵接收裝置處理后傳回到計算機,讀出需要的數據完成動彈性模量計算。如圖2所示。

動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究

3  不同PBX動、靜模量比的測定

為了測定三種不同配方的PBX材料的動力和靜力變形特性的關系,對每一個試樣既進行壓縮力學性能試驗,又進行拉伸力學性能試驗,根據應力和應變計算靜彈性模量。同時測定平行試樣的超聲縱和橫波聲速,計算動彈性模量。將這些不同條件下測得的模量值進行比較并計算動、靜模量比。壓縮力學性能試驗采用f20 mm60 mm圓柱狀試樣,拉伸力學性能試驗采用f20 mm102 mm啞鈴狀試樣,這些試樣和聲速法試樣為平行試樣,取自同一力學狀態的PBX。如圖3所示。

動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究

4  熱循環老化試驗過程中的動彈性模量測量

為了測定兩種不同配方的PBX經不同周期熱循環老化過程中的動彈性模量變化趨勢,開展室溫~-40 ~ +75 ~室溫每3個周期熱循環后的動彈性模量測量,升降溫速率為1/min,在高低溫恒溫2 h,每天3個周期,一共10輪,如圖4所示。每種配方一共11個樣品,每一輪3個熱循環周期結束,保留1個樣品,其余進入下一輪,每輪保留樣品在整個熱循環老化試驗結束一個月后,進行動彈性模量測量,如圖4中橘色曲線。

動彈性模量超聲縱橫波同步掃描法研究


 共1頁  1 

延伸閱讀

三张牌扑克返水