Ultrazvukové stanovení doby pružnosti 3D elastických konstant - Time-of-flight ultrasonic determination of 3D elastic constants

Trojrozměrné elastické konstanty materiálů lze měřit pomocí ultrazvukové metoda ponoření. Toto propagovali Zimmer a Cost z Národní fyzikální laboratoř v šedesátých letech. Používá se hlavně pro polymer kompozitní materiály. Znalosti elastických konstant lze použít k zpětné vazbě do modelů chování materiálu nebo použitého kompozitního výrobního procesu.

Ponorná technika

Metoda ponoření do ultrazvuku využívá stabilizovanou teplotu vodní koupel který má pár ultrazvuku měniče umístěné na obou stranách vzorku, které lze otáčet pomocí a krokový motor.

Čas letu ultrazvuku puls který byl vyslán materiálem, se měří pomocí elektronického časovače, který určuje začátek vysílaného impulsu a začátek přijímaného impulzu pomocí detekce prahu. Tento časovač je obvykle přesný na mikrosekunda nebo lepší rozlišení.

Otáčením vzorku lze získat čas měření letu v rozmezí úhlů dopadu, typicky až 40 stupňů. Od doby letu lze fázovou rychlost určit jako funkci úhlu dopadu ultrazvukového pulzu.

Použitím Christoffel Díky rovnicím lze naměřená data přizpůsobit pomocí numerické metody nejmenších čtverců k určení šesti z devíti elastických konstant.

Řezáním kompozitního materiálu a novým uspořádáním řezů lze metodu znovu použít k získání zbývajících tří konstant, které nebyly nalezeny z původních měření.

Reference

  • Zimmer JE, Cost JR. „Stanovení elastických konstant jednosměrného vláknového kompozitu pomocí měření ultrazvukové rychlosti“, v Journal of the Acoustical Society of America 47, 795–803 (1970)
  • Enderby MD, Clarke AR, Patel M, Ogden P, Johnson AA, „Automatizovaná ultrazvuková ponorná technika pro stanovení trojrozměrných elastických konstant polymerních kompozitů“, Ultrasonics, 1998, sv. 36, č. 1–5 (8 ref.), S. 245–249.
  • Goldmann T, Seiner H, Landa M, „Experimentální stanovení elastických koeficientů suché hovězí kosti“, Bulletin of Applied Mechanics 4, 262–275 (2005)

Další čtení