В статье рассмотрен теневой метод контроля композитов. Исследованы характеристикитеневого метод контроля при использовании линейных решеток. Рассчитана направленность для одиночного излучателя и линейных антенных решеток с различным количеством преобразователей.The article deals with the through-transmission testing method for Composites. The characteristics of the through-transmission testing method are investigated using linear arrays. The direction for a single transmitter and linear antenna arrays with a different number of transducers is calculated

Чан Цзянлэй

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Испытания космических аппаратов и материалы для работы в экстремальных условиях  101  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Разумовский И.А. Интерференционно-оптические методы механики деформируемого твердого тела. –  М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 240 с. 2. Бобко Ю.А., Синчугов И.С. Применение метода шерографии для дефектоскопии изделий из композиционных материалов // В мире НК. – 2016. – Т. 19. – №  4. – С. 4–7.  3. Gerhard Busse, Danny Van Hemelrijck, Igor Solodov, Athanasios Anastasopoulos. Emerging Technologies in Non-Destructive Testing. – London.: Taylor & Francis Group, 2008 – 366 с. 4. L.X. Yang and Y.Y. Hung. Digital shearography for nondestructive evaluation and application in automotive and aerospace industries (Электронный ресурс: http://www.ndt.net/article/wcndt2004/pdf).  Дата обращения 20.12.2016.   УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Чан Цзянлэй1 Научный руководитель: Солдатов А.И, профессор, д.т.н. 1Национальный исследовательский Томский политехнический университет 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: jiangleichang@foxmail.com  ULTRASONIC TESTING OF COMPOSITE MATERIALS  Chang Jiang-Lei1 Scientific Supervisor: Prof., Dr. Alexey Soldatov 1Tomsk Polytechnic University Russia, Tomsk, Lenin ave., 30, 634050 E-mail: jiangleichang@foxmail.com  В статье рассмотрен теневой метод контроля композитов. Исследованы характеристики теневого метод контроля при использовании линейных решеток. Рассчитана направленность для одиночного излучателя и линейных  антенных решеток с различным количеством преобразователей.  The article deals with the through-transmission testing method for Composites. The characteristics of the through-transmission testing method are investigated using linear arrays. The direction for a single transmitter and linear antenna arrays with a different number of transducers is calculated.  Композитный материал находит широкое применение, поэтому важными являются задачи контроля качества при производстве и применении материалов [1]. Одним из методов неразрушающего контроля является ультразвуковой метод контроля (УЗК). На сегодняшний день существует пять основных методов УЗК: теневой, зеркально-теневой, зеркальный, дельта-метод и эхо-метод [3]. Теневой метод имеют следующие преимущества: низкая зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта, высокая помехоустойчивость и отсутствие мертвой зоны. Известно, что композит создают из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними, поэтому сигналы, прошедшие от излучателя к приемнику, имеют большие затухания. При теневом методе, излучение проходит через объект только один раз, поэтому у него меньше затухание по сравнению с другими методами [2]. Фазированные антенные решетки (ФАР) – это новый тип преобразователей, которые имеют значительные преимущества перед одиночным преобразователем: больший охват зоны контроля, большая скорость сканирования объекта контроля и большую разрешающую способность. И по сравнению с традиционным ультразвуком контролем для определения размеров и  расположения дефектов, у них более высокая достоверность. А также проще интерпретация результатов контроля [4]. Инженерия для освоения космоса  102   Рис. 1. Зона контроля теневого метода при использовании линейных решеток.  Выявляемость дефектов определяется коэффициентом kд, который определяется соотношением: ݇д ൌ ܣд/ܣ଴                                                                             (1) где ܣ଴ – число лучей, которые приходят на приемную решетку при отсутствии дефекта в зоне контроля; ܣд – число лучей, которые приходят на приемную решетку при наличии дефекта в зоне контроля [5]. Для этого нам надо сначала определить направленность решетки. Для теневого метода контроля при расчете амплитуды сигнала акустической волны используется коэффициент К, учитывающий излучение акустической волны под углом (θ): ܭ ൌ Аሺߠሻ/Аሺ0ሻ                                                                         (2) где	Аሺ0ሻ – амплитуда сигнала при излучении акустической волны под углом θ=0°; Аሺθሻ – амплитуда сигнала при излучении акустической волны под углом θ. Для расчета использовались следующие характеристики антенной решетки: диаметр излучателя и приемника одинаковы  и составили 4 мм, λ=6 мм. Разделим излучатель на n точных источников, тогда направленность в дальней зоне определится по формуле (2)  ௞ሺఏሻୀ౩౟౤	ሾ೙∗ሺഏ∗್ഊ∗౩౟౤	ሺഇሻሻሿ೙∗౩౟౤	ሺഏ∗್ഊ∗౩౟౤	ሺഇሻ          ܾ ൌ ௗ௡                                                 (3) где d – размер излучателя; n – количество точных источников, при большом n считаем, что это направленность линейного элемента.  Рис. 2. Коэффициент  ݇ሺߠሻ одиночного излучателя 2 1 0 1 200.20.40.60.8k ( )Испытания космических аппаратов и материалы для работы в экстремальных условиях  103  Результат расчета по формуле (2) представлен на рис. 1. Из рисунка видно что, для угла 	ߠ ൑ േగ଺		направленность элемента близка к точечному источнику. Из формулы (2) получим формулу направленности решетки:   где   где   где a – длина решетки; r – расстояние между центральным излучателем и точкой в которой надо рассчитать акустическое давление; m – количество элементов; λ – длина волны ультразвука.  При расчете диаграммы направленности решетки параметры решетки были выбраны следующие: r – равно 160 мм, a – равно 80 мм, длина звуковой волны  λ=6 мм, у излучателя и приемника есть одинаковые параметры  и составлял 2 мм.   Рис. 3. Диаграммы направленности антенной решетки  при количестве элементов в антенной решетке 4, 16 и 32  K  m( )1msram 1 s 1( )a2 r sin ( )2r cos ( )2y1  s m( )( )21msram 1 s 1( )a2 r sin 0( )2r cos 0( )2y1 0 s m( )( )2y1  s m( ) 1 y2  s m( ) 0ifsin n  b y2  s m( )sin  b y2  s m( ) notherwisey2  s m( )am 1 s 1( )a2 r sin ( )am 1 s 1( )a2 r sin ( )2r cos ( )2Инженерия для освоения космоса  104  Из рисунка видно что, для углов Ɵ ൑ േ஠଺				 при количестве элементов в антенной решетке 4, направленность решеток отличается от направленности при количестве элементов 16 и 32. А при количестве больше 16, направленность решеток практически одинаковы.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные композиционные материалы (часть 1). – М., 2013. – 118 с. 2. Композиционные материалы. (Электронный ресурс: http://files.school-collection.edu.ru). – Загл. с экрана. 14.12.2015. 3. Классификация и краткая характеристика акустических методов контроля. (Электронный ресурс: http://library.mephi.ru/). – Загл. с экрана. 19.12.2015. 4. Аплешен Н.П., Боброов  В.Т. Ультразвуковой контроль. – М., 2011. – С. 103–118. 5. Буй В.Д., Макаров В.С., Солдатов А.И., Солдатов А.А. Моделирование акустического тракта для малоракурсной ультразвуковой томографии при теневом контроле // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – №  12-2. – С. 216–220. 6. Солдатов А.И., Борталевич С.И., Шульгина Ю.В. Система управления построением изображения с фазированной антенной решетки при обработке данных в режиме реального времени // В сборнике: Евразийская экономическая интеграция как фактор повышения стабильного и поступательного развития национальных хозяйственных систем: Материалы международной научно-практической конференции. Редактор: В.А. Цветков. – 2016. – С. 220–221.  

Ultrasonic testing of composite materials

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University