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文档简介

斜探头测量管材取向度构思实验室前期的工作,提出了用超声波垂直取向方向的速度与结合红外二色向性的方式表征管材取向度的可行性。这种方法需要对样品进行大量的昂贵的红外二向色性测定。鉴于此,通过查阅相关文献,结合超声波无损检测中的应用,提出一种新的实验方案来对管材取向进行研究。这种方法基于2个基本原理。一个是超声波速度在取向材料中传播的各向异性。另一个是超声波的反射原理。1. 对于取向的高分子材料,超声波在取向方向的传播速度要大于未取向方向。当超声波在取向高分子材料中传播时,沿着取向方向和垂直于取向方向具有不同的传播速度。2. 超声波由一种介质倾斜入射到另一种介质时,如果两种介质的声速不同,会在界面产生声波的反射。对于具有一定壁厚的管材,超声波传导至管壁时,会发生反射现象。结合上述原理,使用一个斜探头发射超声波,由另一个斜探头接收超声波的反射信号对管材进行测试。当超声波倾斜入射到取向高分子材料中时,由原理1可知,沿着取向方向和未取向方向的传播速度是不同的。通过实验可以得到超声波在管材中的传播时间T,这个时间应等于超声波沿着取向方向传播的时间以及垂直于取向方向的传播时间,进而可以通过计算得到该方向的超声波速度。例如:对于高分子样条,若样条长度方向为取向方向,则用2倍样条壁厚2t除以T,可以得到壁厚方向的传播速度(未取向速度);用探头发射接收点间的距离L除以T,便可得到取向方向的速度,如图1。因此,预计此方法通过调整探头的摆放方式(如图2),可以得到两个取向方向的超声波速度,进而可以利用公式得到环向和轴向的取向度。图1. 斜探头测量原理图取向方向速度:V1=LT未取向方向速度:V2=2tT由上面两个公式得到的速度代入超声波取向度计算公式即可得到材料的取向度。F=1-V未V取2V未由完全未取向高分子材料测定。轴向测试放置示意图周向测试放置示意图图2. 为测试不同方向探头放置示意图图3. 管材周向超声波测定示意图上述内容,可能会面临一些问题。首先,是如何准确的找到斜探头的入射接收位置。其次,上述操作过程得到的未取向速度和取向速度,需要进行实验验证,验证结果应当满足速度三角形。北京工业大学使用斜探头利用超声导波对管材中的纵向模态进行了相关的研究,在实际操作中得到了很好的效果,如图4,图5。在管子的环向放置两组斜探头,一组发射激励,另一组接受。对于超声波取向测定,在一定程度上可以借鉴

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