Диссертация (1026120), страница 6
Текст из файла (страница 6)
ПКМ, в частности углепластики, очень сложные по структурематериалы с высокой анизотропией свойств. Из-за этого их акустические свойства сильно отличаются в разных направлениях прозвучивания, в отличие отметаллических материалов. Поэтому в настоящее время при ультразвуковомконтроле монолитных деталей и конструкций из углепластика эхо-импульсными теневым методами используются продольные ультразвуковые волны, вводимые в материал ОК по нормали относительно поверхности ввода. Нормальныйввод в свою очередь также можно объяснить и тем, что дефекты, характерныедля слоистых пластиков, имеют, как правило, плоскостной характер и расположены параллельно поверхности ввода ультразвуковых волн в материал ОК. Однако, есть элементы конструкций из углепластика, в которых образуются дефекты с ориентацией, отличной от параллельности поверхности ввода.
К такимконструкциям, в частности, относятся стрингерные панели, в которых есть зоныс ориентацией слоев не параллельных поверхности ввода ультразвуковых волни в которых образуются дефекты типа расслоений (Рис.2.1).38Рис. 2.1. Элемент стрингерной панели и характерное расположениедефектов в немЗа рубежом и в России имеется большое количество публикаций, связанных с исследованиями прохождения ультразвуковых волн в углепластике. Однако исследования касаются в основном прохождения ультразвуковых волн понормали к поверхности ОК.Установление границ применимости наклонного ввода ультразвуковыхволн при контроле монолитных конструкций из углепластика, при которыхможно идентифицировать принимаемые сигналы, т.е.
выделять полезный сигнал (сигнал от дефекта) на фоне шумов структуры материала, на данный момент представляется возможным исключительно экспериментальным и расчетным путем вследствие очень сложной внутренней структуры ПКМ.Для проведения эксперимента, с целью определения возможности использования наклонного ввода, были использованы два образца № 1э и№ 2эиз углепластика ВКУ-17КЭ0,1 с отличной друг от друга укладкой слоев однонаправленных углеродных волокон: [0°/90°]24, т.е.
0°, 90°, 0°, 90°, … 0°, 90° и[+45°/(+45°; -45°)4/(0°;0°;90°; 0°;0°)9 /(-45°; +45°)4/+45°]. Толщины образцов составляли 6,5 мм (48 слоев) и 8,5 мм (63 слоя) соответственно. В качестве аппаратуры использовался ультразвуковой дефектоскоп OmniScan MX, преобразователи ультразвуковые с переменным углом ввода MUWB4-N (KrautkramerGmbH) с рабочей частотой 4 МГц и датчик пути Encoder.
В качестве контактной жидкости использовалась дистиллированная вода.39Изначально эксперимент проводился с использованием ультразвуковоготеневого амплитудного метода (схема эксперимента приведена на Рис. 2.2), поскольку данный метод является наиболее простым и «чистым» для решенияданной задачи. Один преобразователь (ПЭП 1) устанавливался с одной стороныобразца и излучал ультразвуковой сигнал, второй преобразователь (ПЭП 2) перемещался с другой стороны параллельно ПЭП 1 и являлся приемным. Перемещение ПЭП 2 проводилось на том же уровне, где был расположенПЭП 1.При одной и тоже настройке, меняя угол падения (а˚), и, соответственно, уголввода (b˚), измерялось усиление дефектоскопа ΔG, при котором амплитудапрошедшей продольной волны составляла приблизительно 80 % экрана А-сканадефектоскопа.
При этом запоминался полный прошедший сигнал, который сувеличением угла ввода представлял собой сумму различных типов волн и эхосигналов (см. Рис. 2.3).Рис. 2.2. Схема и фотография проведения эксперимента по определениюизменения амплитуды прошедшей продольной волны через углепластик от углаввода относительно нормали к поверхности40Рис. 2.3. Суммарный прошедший сигнал через углепластикпри угле ввода 30 град.В результате проведения экспериментальных исследований был полученнабор данных и построены графики зависимости усиления дефектоскопа, прикотором амплитуда прошедшей продольной волны составляла приблизительно80 % экрана А-скана дефектоскопа, от угла ввода ультразвуковых колебаний вобразцы из углепластика:№ 1э (Рис.
2.4) при двух направлениях прозвучивания относительно расположения волокон в образцах: вдоль направления расположения волокон слоев укладки «0˚»; вдоль направления расположения волокон слоев укладки «90˚»;№ 2э (Рис. 2.5) при трех направлениях прозвучивания относительно расположения волокон в образцах: вдоль направления расположения волокон слоев укладки «0˚»;41 вдоль направления расположения волокон слоев укладки «90˚»; вдоль направления расположения волокон слоев укладки «+45˚».Рис.
2.4. Зависимость усиления дефектоскопа для прошедшей продольнойволны от угла ее ввода в образец из углепластика № 1эИз графика, представленного на Рис. 2.4 видно, что при углах ввода от 0˚до 10˚ для обоих направлений прозвучивания не требуется большого добавления усиления дефектоскопа, разница в усилении на 1…2 дБ обусловлены лишьувеличением пути прохождения ультразвука от излучателя к приемнику. Приуглах от 11˚ до 60˚ наблюдается резкое падение амплитуды прошедшего ультразвукового сигнала (требуется существенного добавления усиления), причемдля обоих направлений прозвучивания падение амплитуды прошедшего ультразвукового сигнала практически одинаковое, что, в частности, можно объяснить одинаковым количеством слоев с укладкой «0˚» и «90˚», чередующихсядруг через друга. Также следует отметить, что при углах от 20˚ пришедшийультразвуковой сигнал начинает расширяться и представлять собой суммумножества сигналов, накладывающихся друг на друга, что в конечном итогеявляется мешающим фактором.42Рис.
2.5. Зависимость усиления дефектоскопа для прошедшей продольной волны от угла ее ввода в образец из углепластика № 2эГрафик Рис. 2.5 так же показывает, что при углах ввода от 0˚ до 10˚ длявсех трех направлений провучивания не требуется большого изменения усиления дефектоскопа, а разница в усилении на 1…2 дБ также обусловлена лишьувеличением пути прохождения ультразвука от излучателя к приемнику, а приуглах от 11˚ до 60˚ наблюдается резкое падение амплитуды прошедшего ультразвукового сигнала (требуется существенного добавления усиления). Можнозаметить тот факт, что величина добавочного усиления зависит и от количестваслоев, вдоль которых происходит изменение угла ввода.
Так, при измененииугла ввода относительно слоев «0˚», которых образце №1 из углепластика 36,при больших углах ввода требуется значительно меньше усиления прошедшегосигнала, чем при изменении угла ввода относительно слоев «90˚» и «45˚», которых образце 9 и 10 соответственно. При увеличении угла ввода форма приня-43того импульса также сильно искажается в зависимости от направления прозвучивания.Результаты, полученные при проведении экспериментов на обоих образцах с разной укладкой слоев, говорят о том, что в углепластике на каждом изслоев, а точнее на границе раздела волокно-матрица, происходят переотражения и рассеивания ультразвуковых волн, и эти физические явления все большепроявляются при увеличении угла ввода.
Вследствие этого, прошедший сигналискажается и представляет собой сумму переотраженных и рассеянных ультразвуковых сигналов, что не позволяет идентифицировать сигналы от внутреннихнесплошностей материала при проведении контроля. Установлена также ещеодна закономерность, что проходимость ультразвуковой волны при большихуглах ввода сильно зависит от укладки слоев преперега, образующих углепластик.Поскольку ультразвуковой контроль монолитных конструкций из углепластика с использованием АР и ФАР осуществляется с применением эхоимпульсного метода, был проведен дополнительный эксперимент, подтверждающий, что результаты, полученные для теневого метода контроля, применимы и для эхо-импульсного метода. Суть эксперимента заключалась в проведении замера амплитуд отраженных импульсов и расчет затухания ультразвуковой волны в зависимости от угла ввода в углепластик.Для проведения эксперимента из образца № 2э был вырезан образец (см.Рис.
2.6), одна из сторон которого имела цилиндрическую форму с радиусом,равным толщине образца.Рисунок 2.6. Образец из углепластика для измерения затухания в зависимостиот угла ввода при эхо-импульсном контроле44В качестве аппаратуры использовался ультразвуковой дефектоскопOmniScan MX, преобразователь на фазированной антенной решетке с рабочейчастотой 5 МГц, призма из полистирола толщиной h pr= 20 мм и контактнаяжидкость – дистиллированная вода. Схема эксперимента приведена на Рис. 2.7.Рис.
2.7. Схема проведения эксперимента по измерению затуханияв углепластике в зависимости от угла вводаПроводилось измерение амплитуд эхо-сигналов, от торца призмы безустановки ее на образец (Gpr1) и после установки на образец, предварительносмочив его контактной жидкостью (Gpr2). После установки призмы на образец,меняя угол ввода ультразвуковых колебаний в образец, измерялись амплитудыпервого и второго донных эхо-сигналов, отраженных от цилиндрической поверхности образца (Gd1 и Gd2). Далее с учетом пройденных путей в призме иобразце проводился расчет затухания в соответствии с методикой расчета приведенной в [105].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
