Модифицированный импедансный метод определения модуля упругости материалов
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 1.— 2026.— С. 46-54 |
|---|---|
| Weitere Verfasser: | , , , , , |
| Zusammenfassung: | Актуальность. В технике имеется ряд задач, где необходимо оперативно с высокой точностью определять свойства материалов не сравнительным способом, а в реальных физических величинах принятых размерностей. Широкое применение полимеров в технике в качестве конструкционных материалов и их «старение» за счет влияния температуры, солнечной радиации и влажности обуславливает необходимость мониторинга физико-механических свойств полимерного материала конструкций с последующим прогнозированием срока службы изделия в нефтяных и газовых отраслях промышленности. Требуется разработка неразрушающего метода определения физико-механических свойств материалов с односторонним доступом к объектам с минимальной энергией воздействия на материал. Цель: усовершенствование импедансного метода для определения физико-механических свойств материалов с односторонним доступом к объекту. Объекты: ультразвуковой излучатель, конструкция которого позволяет с высокой точностью определять физико-механические свойства материалов нагрузки; изучение поведения физической модели системы «ультразвуковой излучатель-нагрузка». Методы: экспериментальные исследования колебательной системы «ультразвуковой излучатель–нагрузка», построение амплитудно-частотных характеристик колебательной системы с определением частотного диапазона для оценки физико-механических свойств материалов нагрузки. Результаты. Была обнаружена уникальная физическая особенность работы колебательной системы. На частотах, близких к резонансу, сигналы силы пьезоактюатора и ускорения толкателя и корпуса ультразвукового излучателя имеют чисто гармонический характер. Экспериментальные исследования проводились с ультразвуковым излучателем резонансного типа. Излучатель работал в двух режимах: при коротком замыкании и с нагрузкой в виде пластин полиметилметакрилата различной толщины. Образцы были испытаны при трехточечном изгибе. Анализ теоретических и экспериментальных данных позволил верифицировать методику определения модуля упругости материала, основанную на модифицированном импедансном методе. Выводы. Анализ данных, полученных в рамках проведенных исследований, показал, что модифицированный импедансный метод определения физико-механических свойств материалов показывает приемлемые результаты по определению модуля упругости нагрузки, представленной в виде пластин полиметилметакрилата разной толщины. Ошибка определения модуля упругости пластин полиметилметакрилата разной толщины не превышает 5 %. Методика модифицированного импедансного метода неразрушающего контроля по определению модуля упругости материалов с односторонним доступом к объектам с минимальной энергией воздействия на материал применима для лабораторных и промышленных установок Relevance. In engineering, there are a number of tasks, in which it is required to quickly and accurately determine the properties of materials. At the same time, it is important to receive information not in a comparative format, but in real physical quantities corresponding to generally accepted units of measurement. Polymers are widely used in engineering as a structural material. However, over time, they can break down under the impact of various factors such as temperature, solar radiation and humidity. This makes it necessary to monitor the physical and mechanical properties of polymer structures in the oil and gas industry in order to predict their service life. It is necessary to develop a method that will allow determining the physical and mechanical properties of materials without destroying them. This method should be convenient for one-way access to objects and have minimal impact on the material. Aim. Improvement of the impedance method for determining the physical and mechanical properties of materials that can only be accessed from one side. Objects. The design of the ultrasonic emitter makes it possible to determine the physical and mechanical properties of the load materials with high accuracy. Investigation of the behavior of the physical model of the ultrasonic emitter–load system. Methods. Experimental studies of an oscillatory system consisting of an ultrasonic emitter and a load made it possible to construct an amplitude-frequency response and determine the frequency range necessary to study the physical and mechanical properties of the materials from which the load is made. Results. The authors have discovered a unique physical feature of the oscillatory system. At frequencies close to resonance, the signals of the piezoactuator force and the acceleration of the pusher and the body of the ultrasonic radiator are purely harmonic in nature. Experimental studies were carried out with a resonant type ultrasonic emitter. The radiator operated in two modes: with a short circuit and with a load in the form of polymethylmethacrylate plates of various thicknesses. The samples were tested with three-point bending. The analysis of theoretical and experimental data made it possible to verify the method for determining the material elasticity modulus based on a modified impedance method. Conclusion. Analysis of the research results demonstrated that the modified impedance method used to evaluate the physical and mechanical properties of materials provides reliable results in determining the elasticity modulus of polymethylmethacrylate plates of various thicknesses. The error in calculating the modulus of elasticity does not exceed 5%. The technique, based on the modified pulse method of non-destructive testing, allows determining the elasticity modulus of materials with one-way access to objects with minimal impact on the material. It can be used in both laboratory and industrial environments Текстовый файл |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | bulletin_tpu-2026-v337-i01-05.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/1/5447 |
| Format: | Elektronisch Buchkapitel |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=685069 |