WIMiC |
Toporek Zuzanna Warzecha Krzysztof Ździebło Grzegorz |
Rok IV |
Gr lab. 3 |
|
Ćw. 4 |
Laboratorium z defektoskopii Wyznaczanie stałych materiałowych (E, G, μ) Materiałów izotropowych |
|
||
Data wykonania: |
Data oddania: |
OCENA: |
Aparatura i materiały
Aparatura wykorzystana w ćwiczeniu:
defektoskop ultradźwiękowy INCO DI-40 (odczyt w µs)
dwie głowice do fal podłużnych M04 4LOo10C INCO
głowica do fal poprzecznych 2T S,5 i głowica 2T S,6
ośrodek sprzęgający - olej do fal podłużnych oraz balsam kanadyjski do fal poprzecznych
suwmiarka
Badane próbki:
wzorzec 2 μs
wzorzec 5 μs
rafa
Al2O3 (sześcian)
Al2O3 (prostopadłościan)
SiC
polimer
ZrO2
2. Opracowanie wyników
2.1 Zwymiarowanie i zwarzenie próbek
W tabeli 1. zestawiono wymiary próbek zmierzonych za pomocą suwmiarki oraz ich masy a następnie obliczono ich gęstość
Tabela 1. Zestawienie wymiarów masy oraz gęstości wzorców i próbek.
Próbka |
A[mm] |
B[mm] |
C[mm] |
m [g] |
|
wzorzec 2 |
12 |
- |
- |
- |
7800 |
wzorzec 5 |
29,5 |
- |
- |
- |
7800 |
Al2O3 - sześcian |
20 |
20 |
20 |
30,09 |
3761 |
Al2O3 - prostopadłościan |
13,6 |
19,8 |
99 |
92,85 |
3483 |
SiC |
15,1 |
47,6 |
47,8 |
104,26 |
3035 |
ZrO2 |
10 |
16,5 |
- |
12,18 |
5699 |
Żywica epoksydowa |
11,7 |
25,6 |
29,5 |
9,61 |
1088 |
Rafa* |
24 |
147,5 |
- |
- |
7800 |
*- dla wzorca oraz rafy została przyjęta wartość literaturowa gęstości.
2.2 Wyznaczenie prędkości fali podłużnej
W tym celu wykonano pomiar czasu przejścia fali podłużnej na wszystkich badanych próbkach. Dla wzorca 2
zmierzono 1 impuls oraz 3 następne echa, dla wzorca 5
zmierzono czas 1 impulsu oraz 1 echa, dla reszty próbek wykonano pomiar 1 impulsu. Każdy pomiar powtórzono pięciokrotnie (dla wzorca 2
pomiar wykonano 8 krotnie) a wyniki pomiarów oraz średnie czasy przejścia zostały zestawione w tabeli 2.
Tabela 2. Zestawienie wyników pomiaru czasów przejścia fali podłużnej
Próbka |
t1[ |
t2[ |
t3[ |
t4[ |
t5[ |
t6[ |
t7[ |
t8[ |
tśr[ |
|
|
wzorzec 2
|
1 impuls |
2,5 |
2,6 |
2,5 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
2,58 |
0,05 |
|
1 echo |
6,7 |
6,7 |
6,6 |
6,6 |
6,6 |
6,6 |
6,6 |
6,6 |
6,63 |
0,05 |
|
2 echo |
10,6 |
10,7 |
10,6 |
10,6 |
10,6 |
10,6 |
10,6 |
10,6 |
10,61 |
0,04 |
|
3 echo |
14,8 |
14,9 |
14,6 |
14,7 |
14,6 |
14,6 |
14,6 |
14,6 |
14,68 |
0,12 |
wzorzec 5 |
1 impuls |
5,4 |
5,5 |
5,5 |
5,6 |
5,5 |
- |
- |
- |
5,50 |
0,07 |
|
1 echo |
15,5 |
15,5 |
15,5 |
15,6 |
15,5 |
- |
- |
- |
15,52 |
0,04 |
Al2O3 sześcian |
ściana A |
2,5 |
2,4 |
2,5 |
2,4 |
2,5 |
- |
- |
- |
2,46 |
0,05 |
|
ściana B |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,5 |
2,5 |
- |
- |
- |
2,50 |
0,07 |
|
ściana C |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,5 |
2,5 |
- |
- |
- |
2,50 |
0,07 |
Al2O3 prostopadłościan |
ściana A |
1,8 |
1,7 |
1,8 |
1,7 |
1,7 |
- |
- |
- |
1,74 |
0,05 |
|
ściana B |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
- |
- |
- |
2,50 |
0,10 |
|
ściana C |
10,4 |
10,4 |
10,4 |
10,5 |
10,4 |
- |
- |
- |
10,42 |
0,04 |
SiC |
ściana A |
1,7 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
- |
- |
- |
1,78 |
0,04 |
|
ściana B |
4,5 |
4,8 |
5 |
4,8 |
4,8 |
- |
- |
- |
4,78 |
0,18 |
|
ściana C |
4,8 |
4,9 |
5 |
4,9 |
4,9 |
- |
- |
- |
4,90 |
0,07 |
ZrO2 |
wys. A |
2,2 |
2 |
2 |
1,8 |
1,9 |
- |
- |
- |
1,98 |
0,15 |
|
ś. B |
3,2 |
2,9 |
3,1 |
3 |
3,1 |
- |
- |
- |
3,06 |
0,11 |
Żywica epoksydowa |
ściana A |
4,6 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
4,4 |
- |
- |
- |
4,50 |
0,07 |
|
ściana B |
9,7 |
9,8 |
9,8 |
9,9 |
9,9 |
- |
- |
- |
9,82 |
0,08 |
|
ściana C |
11,2 |
11 |
11,3 |
11,2 |
11,2 |
- |
- |
- |
11,18 |
0,11 |
rafa |
długość |
4,5 |
4,8 |
4,5 |
4,6 |
4,6 |
- |
- |
- |
4,60 |
0,12 |
|
szerokość |
25,8 |
25,5 |
25,7 |
25,6 |
25,8 |
- |
- |
- |
25,68 |
0,13 |
2.3 Skalowanie i zerowanie aparatu ultradźwiękowego dla metody przejścia fali podłużnej. Obliczenie prędkości fali podłużnej dla próbek i wzorców.
W tym celu dla wzorca 2
i 5
wyliczono Θ oraz Θ śr a wyniki zestawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Zestawienie wartości różnic czasów Θ oraz Θ śr
Próbka |
tśr [ |
|
Θ[ |
Θ śr[ |
|
|
wzorzec 2 |
1 impuls |
2,58 |
0,05 |
4,05 |
4,03 |
0,04 |
|
1 echo |
6,63 |
0,05 |
3,99 |
|
|
|
2 echo |
10,61 |
0,04 |
4,06 |
|
|
|
3 echo |
14,68 |
0,12 |
- |
|
|
wzorzec 5 |
1 impuls |
5,50 |
0,07 |
10,02 |
10,02 |
- |
|
1 echo |
15,52 |
0,04 |
- |
|
|
Następnie dla wzorca 2
określono położenie zera „0” aparatu dla fali podłużnej z wzoru:
„0” =c= Θ śr/2-tśr
c= 4,03/2-2,58=-0,565
Określono współczynnik „b” zmiany odczytanych wartości położenia impulsów pomiarowych dla wzorca 2
na czas przejścia fali w
z wzoru:
b=4/ Θ śr
b=4/4,03=0,993
Następnie obliczono rzeczywisty czas przejścia fali podłużnej przez próbki i wzorce z wzoru:
trzecz=(tśr+c)*b [
]
oraz prędkość rozchodzenia się fali podłużnej w wzorcach i próbkach z wzoru:
VL=d/trzecz
Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 4.
Tabela 4. Zestawienie średnich wartości czasów, wymiarów próbki oraz długośći fali podłużnej.
Próbka |
tśr [ |
d [mm] |
drz. [ |
trzecz [ |
VL [m/s] |
|
wzorzec 2 |
2,58 |
12 |
12000 |
2,03 |
5911,00 |
|
wzorzec 5 |
5,50 |
29,5 |
29500 |
4,98 |
5933,21 |
|
Al2O3 sześcian |
ściana A |
2,46 |
20 |
20000 |
1,92 |
10475,52 |
|
ściana B |
2,50 |
20 |
20000 |
1,96 |
10258,98 |
|
ściana C |
2,50 |
20 |
20000 |
1,96 |
10258,98 |
Al2O3 prostopadłościan |
ściana A |
1,74 |
13,6 |
13600 |
1,19 |
11488,31 |
|
ściana B |
2,50 |
19,8 |
19800 |
1,96 |
10156,39 |
|
ściana C |
10,42 |
99 |
99000 |
9,94 |
9970,88 |
SiC |
ściana A |
1,78 |
15,1 |
15100 |
1,23 |
12335,47 |
|
ściana B |
4,78 |
47,6 |
47600 |
4,26 |
11208,93 |
|
ściana C |
4,90 |
47,8 |
47800 |
4,38 |
10944,44 |
ZrO2 |
wys. A |
1,98 |
10 |
10000 |
1,43 |
7014,53 |
|
śr. B |
3,06 |
16,5 |
16500 |
2,52 |
6564,00 |
Żywica epoksydowa |
ściana A |
4,50 |
11,7 |
11700 |
3,97 |
2951,18 |
|
ściana B |
9,82 |
25,6 |
25600 |
9,34 |
2745,48 |
|
ściana C |
11,18 |
29,5 |
29500 |
10,71 |
2758,40 |
rafa |
długość |
4,60 |
24 |
24000 |
4,08 |
5903,68 |
|
szerokość |
25,68 |
147,5 |
147500 |
25,33 |
5829,26 |
2.4 Wyznaczenie prędkości fali poprzecznej
W tym celu wykonano pomiar czasu przejścia fali poprzecznej na wszystkich badanych próbkach. Dla wzorca 2
zmierzono 1 impuls oraz 3 następne echa, dla wzorca 5
zmierzono czas 1 impulsu oraz 1 echa, dla reszty próbek wykonano pomiar 1 impulsu. Każdy pomiar powtórzono pięciokrotnie a wyniki pomiarów oraz średnie czasy przejścia zostały zestawione w tabeli 5.
Tabela 5. Zestawienie wyników pomiaru czasów przejścia fali poprzecznej.
Próbka |
t1[ |
t2[ |
t3[ |
t4[ |
t5[ |
|
|
|
wzorzec 2 |
1 impuls |
5,8 |
5,7 |
5,8 |
5,7 |
5,8 |
5,76 |
0,05 |
|
1 echo |
12,9 |
12,9 |
12,9 |
13,1 |
12,9 |
12,94 |
0,09 |
|
2 echo |
20,4 |
19,9 |
20,3 |
20,5 |
20,4 |
20,30 |
0,23 |
|
3 echo |
27,5 |
27 |
27 |
27,5 |
27 |
27,20 |
0,27 |
wzorzec 5 |
1 impuls |
10,9 |
11,1 |
10,9 |
11,1 |
11 |
11,00 |
0,10 |
|
1 echo |
29,4 |
28,6 |
29,2 |
27,4 |
29,2 |
28,76 |
0,82 |
Al2O3 sześcian |
ściana A |
5,2 |
5,1 |
5,2 |
5,3 |
5,2 |
5,20 |
0,07 |
|
ściana B |
5,3 |
5,2 |
5,2 |
5,2 |
5,2 |
5,22 |
0,04 |
|
ściana C |
5,1 |
5,2 |
5,2 |
5,3 |
5,2 |
5,20 |
0,07 |
Al2O3 prostopadłościan |
ściana A |
4 |
4,2 |
4 |
4,1 |
4 |
4,06 |
0,09 |
|
ściana B |
5,3 |
5,5 |
5,4 |
5,5 |
5,5 |
5,44 |
0,09 |
|
ściana C |
18,9 |
18,8 |
18,9 |
18,7 |
18,9 |
18,84 |
0,09 |
SiC |
Ściana A |
4 |
4,9 |
4,5 |
4,1 |
4,5 |
4,40 |
0,36 |
|
ściana B |
8,4 |
7,9 |
8 |
8,7 |
8,5 |
8,30 |
0,34 |
|
ściana C |
8,6 |
8,2 |
8,4 |
8,6 |
8,5 |
8,46 |
0,17 |
ZrO2 |
wys. A |
5,4 |
5,4 |
5,4 |
5,1 |
5,4 |
5,34 |
0,13 |
|
ś. B |
7,2 |
7,2 |
7,3 |
7,2 |
7,2 |
7,22 |
0,04 |
Żywica epoksydowa |
ściana A |
10,5 |
10,2 |
10,3 |
10,7 |
10,7 |
10,48 |
0,23 |
|
ściana B |
19,8 |
20,9 |
19,9 |
19,9 |
19,8 |
20,06 |
0,47 |
|
ściana C |
23 |
23,5 |
23 |
21,8 |
23,5 |
22,96 |
0,69 |
rafa |
długość |
9,3 |
9,4 |
9,4 |
9,3 |
9,3 |
9,34 |
0,05 |
|
szerokość |
47,9 |
48,1 |
48 |
48,1 |
48 |
48,02 |
0,08 |
2.5 Skalowanie i zerowanie aparatu ultradźwiękowego dla metody przejścia fali poprzecznej. Obliczenie prędkości fali poprzecznej dla próbek i wzorców.
W tym celu dla wzorca 2
i 5
wyliczono Θ oraz Θ śr a wyniki zestawiono w tabeli 6.
Tabela 6. Zestawienie wartości różnic czasów Θ oraz Θ śr
Próbka |
tśr [ |
|
Θ[ |
Θ śr[ |
|
|
wzorzec 2 |
1 impuls |
5,76 |
0,05 |
7,18 |
7,15 |
0,23 |
|
1 echo |
12,94 |
0,09 |
7,36 |
|
|
|
2 echo |
20,30 |
0,23 |
6,90 |
|
|
|
3 echo |
27,20 |
0,27 |
- |
|
|
wzorzec 5 |
1 impuls |
11,00 |
0,1 |
17,76 |
17,76 |
- |
|
1 echo |
28,76 |
0,82 |
- |
|
|
Następnie dla wzorca 2
określono położenie zera „0” aparatu dla fali poprzecznej z wzoru:
„0” =c= Θ śr/2-tśr
c= 7,15/2-5,76=-2,185
Określono współczynnik „b” zmiany odczytanych wartości położenia impulsów pomiarowych dla wzorca 2
na czas przejścia fali w
z wzoru:
b=7,28/Θ śr
b=7,28/7,15=1,018
Następnie obliczono rzeczywisty czas przejścia fali poprzecznej przez próbki i wzorce z wzoru:
trzecz=(tśr+c)*b [
]
oraz prędkość rozchodzenia się fali poprzecznej w wzorcach i próbkach z wzoru:
VT=d/trzecz
Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 7.
Tabela 7. Zestawienie średnich wartości czasów, wymiarów próbki oraz długości fali poprzecznej.
Próbka |
tśr [ |
d [mm] |
drz. [ |
trzecz [ |
VT [m/s] |
|
wzorzec 2 |
5,76 |
12 |
12000 |
3,51 |
3417,06 |
|
wzorzec 5 |
11,00 |
29,5 |
29500 |
8,65 |
3406,81 |
|
Al2O3 sześcian |
ściana A |
5,2 |
20 |
20000 |
2,96 |
6752,90 |
|
ściana B |
5,22 |
20 |
20000 |
2,98 |
6708,40 |
|
ściana C |
5,2 |
20 |
20000 |
2,96 |
6752,90 |
Al2O3 prostopadłościan |
ściana A |
4,06 |
13,6 |
13600 |
1,84 |
7383,89 |
|
ściana B |
5,44 |
19,8 |
19800 |
3,19 |
6192,44 |
|
ściana C |
18,84 |
99 |
99000 |
16,35 |
6051,16 |
SiC |
ściana A |
4,40 |
15,1 |
15100 |
2,17 |
6939,86 |
|
ściana B |
8,30 |
47,6 |
47600 |
6 |
7924,25 |
|
ściana C |
8,46 |
47,8 |
47800 |
6,16 |
7754,65 |
ZrO2 |
wys. A |
5,34 |
10 |
10000 |
3,1 |
3226,62 |
|
śr. B |
7,22 |
16,5 |
16500 |
4,94 |
3336,05 |
Żywica epoksydowa |
ściana A |
10,48 |
11,7 |
11700 |
8,14 |
1435,88 |
|
ściana B |
20,06 |
25,6 |
25600 |
17,55 |
1457,95 |
|
ściana C |
22,96 |
29,5 |
29500 |
20,39 |
1445,54 |
rafa |
długość |
9,34 |
24 |
24000 |
7,02 |
3414,68 |
|
szerokość |
48,02 |
147,5 |
147500 |
44,99 |
3275,99 |
2.6 Wyliczenie stałych materiałowych dla badanych próbek.
Z obliczonych prędkości rozchodzenia się fal poprzecznych i podłużnych zostały wyliczone stałe materiałowe dla wzorców i próbek z wzorów:
Prędkości fal podłużnych i poprzecznych zostały uśrednione
Wyniki zostały zestawione w tabeli 8.
Tabela 8. Wyniki obliczeń stałych materiałowych dla próbek
Próbka |
VL |
VT |
|
E [GPa] |
G [GPa] |
μ |
wzorzec 2 |
5911 |
3417,06 |
7800 |
227,5 |
91,1 |
0,25 |
wzorzec 5 |
5933,21 |
3406,81 |
7800 |
227,1 |
90,5 |
0,25 |
Al2O3 sześcian |
10331,16 |
6738,07 |
3761 |
385,8 |
170,7 |
0,13 |
Al2O3 prostopadłościan |
10538,53 |
6542,50 |
3483 |
353,5 |
149,0 |
0,19 |
SiC |
11496,28 |
7539,59 |
3035 |
386,7 |
172,2 |
0,12 |
ZrO2 |
6789,27 |
3281,34 |
5699 |
165,4 |
61,4 |
0,35 |
Żywica epoksydowa |
2818,35 |
1446,46 |
1088 |
6,0 |
2,3 |
0,32 |
rafa |
5866,47 |
3345,34 |
7800 |
219,8 |
87,3 |
0,26 |
2.7 Zestawienie wartości stałych materiałowych wyznaczonych z wartościami literaturowymi
Tabela 9. Porównanie wartości wyznaczonych z literaturowymi
Próbka |
Wyznaczone |
Literaturowe |
||||
|
E [GPa] |
G [GPa] |
μ |
E [GPa] |
G [GPa] |
μ |
wzorzec 2 |
227,5 |
91,1 |
0,25 |
210 |
80 |
0,33 |
wzorzec 5 |
227,1 |
90,5 |
0,25 |
210 |
80 |
0,33 |
Al2O3 sześcian |
385,8 |
170,7 |
0,13 |
360-390 |
250 |
0,25 |
Al2O3 prostopadłościan |
353,5 |
149,0 |
0,19 |
360-390 |
250 |
0,25 |
SiC |
386,7 |
172,2 |
0,12 |
340-450 |
200 |
0,18 |
ZrO2 |
165,4 |
61,4 |
0,35 |
160-220 |
100 |
0,34 |
Żywica epoksydowa |
6,0 |
2,3 |
0,32 |
3,4 |
1,3 |
0,30 |
rafa |
219,8 |
87,3 |
0,26 |
210 |
80 |
0,33 |
2.8 Sprawdzenie warunku ośrodka trójwymiarowego.
W tym celu obliczono długość przechodzącej podłużnej fali ultradźwiękowej dla każdej próbki z wzoru:
Porównano to z najmniejszym wymiarem próbki „C”
Dla ośrodka trójwymiarowego musi zostać spełniony warunek
Obliczenia zestawiono w tabeli 10.
Tabela.10 Sprawdzenie warunku ośrodka trójwymiarowego
Próbka |
|
|
|
|
|
wzorzec 2 |
5901,24 |
4 |
1,47775 |
12 |
8,12 |
wzorzec 5 |
5920,31 |
4 |
1,483303 |
29,5 |
19,89 |
Al2O3 sześcian |
10286,93 |
4 |
2,58279 |
20 |
7,74 |
Al2O3 prostopadłościan |
10494,37 |
4 |
2,634633 |
13,6 |
5,16 |
SiC |
11452,87 |
4 |
2,87407 |
15,1 |
5,253 |
ZrO2 |
6758,48 |
4 |
1,697318 |
10 |
5,89 |
Żywica epoksydowa |
2813,13 |
4 |
0,704588 |
11,7 |
16,61 |
rafa |
5855,99 |
4 |
1,466618 |
24 |
16,36 |
3. Wnioski
Wyniki stałych materiałowych dla modułu E różnią się do 10% od danych materiałowych. Moduł G oraz liczba μ różnią się już znacząco z wartościami obliczeniowymi. Przyczyną rozbieżności wyników w przypadku G i μ może być problem z odczytaniem długości fali poprzecznej(Spowodowane to było używaniem żywicy oraz wysokich wzmocnień przy odczytaniu wartości w badanych próbkach) . Wszystkie próbki spełniły warunek ośrodka trójwymiarowego.
Poprawa
WIMiC |
Toporek Zuzanna Warzecha Krzysztof Ździebło Grzegorz |
Rok IV |
Gr lab. 3 |
|
Ćw. 4 |
Laboratorium z defektoskopii Wyznaczanie stałych materiałowych (E, G, μ) Materiałów izotropowych |
|
||
Data wykonania: |
Data oddania: |
OCENA: |
Poprawa2.3 Skalowanie i zerowanie aparatu ultradźwiękowego dla metody przejścia fali podłużnej. Obliczenie prędkości fali podłużnej dla próbek i wzorców.
W tym celu dla wzorca 2
i 5
wyliczono Θ oraz Θ śr a wyniki zestawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Zestawienie wartości różnic czasów Θ oraz Θ śr
Próbka |
tśr [ |
|
Θ[ |
Θ śr[ |
|
|
wzorzec 2 |
1 impuls |
2,58 |
0,05 |
4,05 |
4,03 |
0,04 |
|
1 echo |
6,63 |
0,05 |
3,99 |
|
|
|
2 echo |
10,61 |
0,04 |
4,06 |
|
|
|
3 echo |
14,68 |
0,12 |
- |
|
|
wzorzec 5 |
1 impuls |
5,50 |
0,07 |
10,02 |
10,02 |
- |
|
1 echo |
15,52 |
0,04 |
- |
|
|
Następnie dla wzorca 2
określono położenie zera „0” aparatu dla fali podłużnej z wzoru:
„0” =c= Θ śr/2-tśr
c= 4,03/2-2,58=-0,565
Określono współczynnik „b” zmiany odczytanych wartości położenia impulsów pomiarowych dla wzorca 2
na czas przejścia fali w
z wzoru:
b=4/ Θ śr
b=4/4,03=0,993Tabela 4. Zestawienie średnich wartości czasów, wymiarów próbki oraz długośći fali podłużnej.
Próbka |
tśr [ |
d [mm] |
drz. [ |
trzecz [ |
VL [m/s] |
|
wzorzec 2 |
2,58 |
12 |
12000 |
2,00 |
6000,00 |
|
wzorzec 5 |
5,50 |
29,5 |
29500 |
4,90 |
6022,54 |
|
Al2O3 sześcian |
ściana A |
2,46 |
20 |
20000 |
1,88 |
10633,25 |
|
ściana B |
2,50 |
20 |
20000 |
1,92 |
10413,44 |
|
ściana C |
2,50 |
20 |
20000 |
1,92 |
10413,44 |
Al2O3 prostopadłościan |
ściana A |
1,74 |
13,6 |
13600 |
1,17 |
11661,28 |
|
ściana B |
2,50 |
19,8 |
19800 |
1,92 |
10309,30 |
|
ściana C |
10,42 |
99 |
99000 |
9,78 |
10121,00 |
SiC |
ściana A |
1,78 |
15,1 |
15100 |
1,21 |
12521,19 |
|
ściana B |
4,78 |
47,6 |
47600 |
4,18 |
11377,70 |
|
ściana C |
4,90 |
47,8 |
47800 |
4,30 |
11109,23 |
ZrO2 |
wys. A |
1,98 |
10 |
10000 |
1,40 |
7120,14 |
|
śr. B |
3,06 |
16,5 |
16500 |
2,48 |
6662,83 |
Żywica epoksydowa |
ściana A |
4,50 |
11,7 |
11700 |
3,91 |
2995,62 |
|
ściana B |
9,82 |
25,6 |
25600 |
9,19 |
2786,82 |
|
ściana C |
11,18 |
29,5 |
29500 |
10,54 |
2799,93 |
rafa |
długość |
4,60 |
24 |
24000 |
4,00 |
5992,57 |
|
szerokość |
25,68 |
147,5 |
147500 |
24,93 |
5917,03 |
2.5 Skalowanie i zerowanie aparatu ultradźwiękowego dla metody przejścia fali poprzecznej. Obliczenie prędkości fali poprzecznej dla próbek i wzorców.
Tabela 6. Zestawienie wartości różnic czasów Θ oraz Θ śr
Próbka |
tśr [ |
|
Θ[ |
Θ śr[ |
|
|
wzorzec 2 |
1 impuls |
5,76 |
0,05 |
7,18 |
7,15 |
0,23 |
|
1 echo |
12,94 |
0,09 |
7,36 |
|
|
|
2 echo |
20,30 |
0,23 |
6,90 |
|
|
|
3 echo |
27,20 |
0,27 |
- |
|
|
wzorzec 5 |
1 impuls |
11,00 |
0,1 |
17,76 |
17,76 |
- |
|
1 echo |
28,76 |
0,82 |
- |
|
|
Następnie dla wzorca 2
określono położenie zera „0” aparatu dla fali poprzecznej z wzoru:
„0” =c= Θ śr/2-tśr
c= 7,15/2-5,76=-2,185
Określono współczynnik „b” zmiany odczytanych wartości położenia impulsów pomiarowych dla wzorca 2
na czas przejścia fali w
z wzoru:
b=7,28/Θ śr
b=7,28/7,15=1,018
Tabela 7. Zestawienie średnich wartości czasów, wymiarów próbki oraz długości fali poprzecznej.
Próbka |
tśr [ |
d [mm] |
drz. [ |
trzecz [ |
VT [m/s] |
|
wzorzec 2 |
5,76 |
12 |
12000 |
3,64 |
3297,29 |
|
wzorzec 5 |
11,00 |
29,5 |
29500 |
8,97 |
3287,40 |
|
Al2O3 sześcian |
ściana A |
5,2 |
20 |
20000 |
3,07 |
6516,21 |
|
ściana B |
5,22 |
20 |
20000 |
3,09 |
6473,27 |
|
ściana C |
5,2 |
20 |
20000 |
3,07 |
6516,21 |
Al2O3 prostopadłościan |
ściana A |
4,06 |
13,6 |
13600 |
1,91 |
7125,08 |
|
ściana B |
5,44 |
19,8 |
19800 |
3,31 |
5975,39 |
|
ściana C |
18,84 |
99 |
99000 |
16,95 |
5839,06 |
SiC |
ściana A |
4,40 |
15,1 |
15100 |
2,25 |
6696,62 |
|
ściana B |
8,30 |
47,6 |
47600 |
6,23 |
7646,50 |
|
ściana C |
8,46 |
47,8 |
47800 |
6,39 |
7482,84 |
ZrO2 |
wys. A |
5,34 |
10 |
10000 |
3,21 |
3113,53 |
|
śr. B |
7,22 |
16,5 |
16500 |
5,13 |
3219,12 |
Żywica epoksydowa |
ściana A |
10,48 |
11,7 |
11700 |
8,44 |
1385,55 |
|
ściana B |
20,06 |
25,6 |
25600 |
18,20 |
1406,84 |
|
ściana C |
22,96 |
29,5 |
29500 |
21,15 |
1394,87 |
rafa |
długość |
9,34 |
24 |
24000 |
7,28 |
3294,99 |
|
szerokość |
48,02 |
147,5 |
147500 |
46,66 |
3161,16 |
Tabela 8. Wyniki obliczeń stałych materiałowych dla próbek
Próbka |
VL |
VT |
|
E [GPa] |
G [GPa] |
μ |
wzorzec 2 |
6000 |
3297,29 |
7800 |
217,7 |
84,8 |
0,28 |
wzorzec 5 |
6022,54 |
3287,4 |
7800 |
217,1 |
84,3 |
0,29 |
Al2O3 sześcian |
10486,71 |
6501,89 |
3761 |
377,6 |
159,0 |
0,19 |
Al2O3 prostopadłościan |
10697,19 |
6313,18 |
3483 |
342,0 |
138,7 |
0,23 |
SiC |
11669,37 |
7275,32 |
3035 |
379,2 |
160,4 |
0,18 |
ZrO2 |
6891,48 |
3166,32 |
5699 |
156,1 |
57,1 |
0,37 |
Żywica epoksydowa |
2860,79 |
1395,75 |
1088 |
57,1 |
2,1 |
0,34 |
rafa |
5954,80 |
3228,08 |
7800 |
210,0 |
81,3 |
0,29 |
Tabela 9. Porównanie wartości wyznaczonych z literaturowymi
Próbka |
Wyznaczone |
Literaturowe |
||||
|
E [GPa] |
G [GPa] |
μ |
E [GPa] |
G [GPa] |
μ |
wzorzec 2 |
217,7 |
84,8 |
0,28 |
210 |
80 |
0,33 |
wzorzec 5 |
217,1 |
84,3 |
0,29 |
210 |
80 |
0,33 |
Al2O3 sześcian |
377,6 |
159,0 |
0,19 |
360-390 |
250 |
0,25 |
Al2O3 prostopadłościan |
342,0 |
138,7 |
0,23 |
360-390 |
250 |
0,25 |
SiC |
379,2 |
160,4 |
0,18 |
340-450 |
200 |
0,18 |
ZrO2 |
156,1 |
57,1 |
0,37 |
160-220 |
100 |
0,34 |
Żywica epoksydowa |
5,7 |
2,1 |
0,34 |
3,4 |
1,3 |
0,30 |
rafa |
210,0 |
81,3 |
0,29 |
210 |
80 |
0,33 |
Tabela.10 Sprawdzenie warunku ośrodka trójwymiarowego
Próbka |
|
|
|
|
|
wzorzec 2 |
6000 |
4 |
1,5 |
12 |
8 |
wzorzec 5 |
6022,54 |
4 |
1,51 |
29,5 |
19,5 |
Al2O3 sześcian |
10486,71 |
4 |
2,62 |
20 |
7,6 |
Al2O3 prostopadłościan |
10697,19 |
4 |
2,67 |
13,6 |
5,1 |
SiC |
11669,37 |
4 |
2,92 |
15,1 |
5,2 |
ZrO2 |
6891,48 |
4 |
1,72 |
10 |
5,8 |
Żywica epoksydowa |
2860,79 |
4 |
0,72 |
11,7 |
16,4 |
rafa |
5954,80 |
4 |
1,49 |
24 |
16,1 |
Wnioski:
Wyniki stałych materiałowych dla modułu E różnią się do 5% od danych materiałowych. Moduł G oraz liczba μ różnią się już znacząco z wartościami obliczeniowymi. Przyczyną rozbieżności wyników w przypadku G i μ może być problem z odczytaniem długości fali poprzecznej(Spowodowane to było używaniem żywicy oraz wysokich wzmocnień przy odczytaniu wartości w badanych próbkach) . Wszystkie próbki spełniły warunek ośrodka trójwymiarowego.