Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

1 Kiełczyński P.

1 2008

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: fale UPFP

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Metody ultradźwiękowe identyfikacji własności sprężystych materiałów gradientowych

Kiełczyński P.

Inżynieria Materiałowa

2008

Vol. 29, nr 3

157-164

W pracy przedstawiono wykorzystanie uogólnionych poprzecznych fal powierzchniowych do określenia rozkładów parametrów sprężystych w niejednorodnych materiałach gradientowych na przykładzie próbek stalowych poddanych procesowi hartowania laserowego. W artykule omówiono zastosowanie ultradźwiękowych fal objętościowych i powierzchniowych (rys. 1, 2) do wyznaczania parametrów mechanicznych materiałów. Fale ultradźwiękowe są falami mechanicznymi. Ich własności zależą od własności mechanicznych i mikrostruktury ośrodka, w którym się rozchodzą. Zaletą metod ultradźwiękowych w stosunku do metod mechanicznych badania materiałów jest to, że są one nieniszczące i dają się skomputeryzować, dzięki temu można je stosować bezpośrednio na linii produkcyjnej (in situ) do pomiaru parametrów mechanicznych materiałów. Szczególną uwagę zwrócono na znaczenie poprzecznych fal powierzchniowych, tzn. fal Love'a (rys. 2a, b) i uogólnionych poprzecznych fal powierzchniowych (UPFP) (rys. 3), w badaniach parametrów sprężystych w materiałach gradientowych (Functionally Graded Materials - FGM). Zaletą tych fal w stosunku do powierzchniowych fal Rayleigha jest to, że mają one tylko jedną składową przemieszczenia mechanicznego w przeciwieństwie do fal Rayleigha, które mają dwie składowe. Z tego powodu znacznie upraszcza się opis matematyczny rozchodzenia się poprzecznych fal powierzchniowych w ośrodkach gradientowych. Energia tych poprzecznych fal powierzchniowych (w przeciwieństwie do innych typów fal, np. płytowych fal Lamba) skupiona jest w warstwie powierzchniowej. Głębokość wnikania poprzecznych fal powierzchniowych zależy od częstotliwości. Dlatego nadają się one szczególnie do badania profili własności mechanicznych w niejednorodnych materiałach gradientowych. Zmierzono krzywe dyspersji (rys. 7, 8) poprzecznych powierzchniowych fal typu UPFP rozchodzących się w falowodach powstałych w próbkach stalowych na skutek działania promienia laserowego (rys. 6). Pomiaru krzywych dyspersji (zależności prędkości fali od częstotliwości) dokonano w skomputeryzowanym laboratoryjnym układzie badawczo-pomiarowym, (rys. 4, 5). Prędkość fali UPFP wyznaczono mierząc czas przelotu pomiędzy kolejnymi echami fali ultradźwiękowej. Sformułowano i rozwiązano problem prosty (proste zagadnienie Sturma-Liouville'a) opisujący rozchodzenie się fal UPFP w niejednorodnych ośrodkach gradientowych. Stosując metodę wariacyjną (iloraz Rayleigha), przedstawiono postępowanie odwrotne (odwrotne zagadnienie Sturma-Liouville'a), pozwalające określić rozkład własności sprężystych w funkcji głębokości w badanym materiale niejednorodnym. Korzystając ze zmierzonych krzywych dyspersji fal UPFP oraz ze sformułowanego postępowania odwrotnego wyznaczono rozkłady współczynnika podatności sprężystej ścinania w funkcji odległości od powierzchni (rys. 9, 10), oraz głębokości hartowania w próbkach stalowych (stal 45) poddanych procesowi hartowania laserowego.

In the paper the application of the generalized shear surface waves for the determination of the elastic parameters of non-uniform graded materials, based on the example of steel samples subjected to the laser hardening was presented. In the article, the use of the bulk and surface ultrasonic waves (Fig. 1, 2) for evaluation of the mechanical parameters of materials is discussed. Ultrasonic waves are mechanical waves and their parameters depend on the mechanical and microstructural properties of materials where these waves propagate. Ultrasonic methods for investigation of the material properties are non-destructive methods. This is a main advantage of the ultrasonic methods in relation to the mechanical methods used for investigation of the mechanical properties of materials. Moreover, ultrasonic methods can be computerized. Due to this reason, ultrasonic methods can be employed directly on the production line for measuring the mechanical parameters of materials. The importance of the shear surface waves (i.e., Love waves, Fig. 2a, b) and generalized shear surface waves (Fig. 3) in the investigations of elastic parameters of graded materials (Functionally Graded Materials - FGM) was stressed. Rayleigh surface waves posses two components of the mechanical displacement. The shear surface waves posses only one component of the mechanical displacement what is an advantage. Due to this reason, the mathematical description of the propagation of the shear surface waves is simpler than that using the Rayleigh waves. Energy of the shear surface waves (in contrast to the other types of waves, e.g., plate Lamb waves) is concentrated in the surface layer. The penetration depth of the shear surface waves depends on frequency. Therefore, they are very useful to determine the profiles of the mechanical properties of non-homogeneous graded materials. The dispersion curves of the generalized shear surface waves propagating in waveguides produced in steel samples (Fig. 6) subjected to laser hardening were measured (Fig. 7, 8). The dispersion curves (dependence of wave velocity on frequency) were measured in the computerized laboratory measuring set-up (Fig. 4, 5). Velocity of the shear surface wave was evaluated by measuring time-of-flight between two subsequent echoes of an ultrasonic surface wave. The direct problem (direct Sturm-Liouville problem) for propagating generalized shear surface waves was formulated and solved. Employing the variational method (Rayleigh quotient), the inverse method (inverse Sturm-Liouville problem) was presented which enabled the determination of the profiles of elastic properties as a function of depth in the investigated non-homogeneous material. By using the measured dispersion curves of the generalized shear surface waves and developed inverse procedure, the distributions of the elastic compliance versus depth (the distance from the surface of steel 45 exposed to laser hardening) were determined (Fig. 9, 10), along with the case depths in the investigated steel samples.