SU1716421A1 - Способ ультразвукового контрол изменени характеристик строительных конструкций - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустическим методам неразрушающего исследовани  материалов. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и точности контрол  строительных конструкций.В исследуемой конструкции возбуждают импульсы ультразвуковых колебаний. Прошедшие через заданную базу конструкции импульсы колебаний принимают и измер ют их временные и амплитудные параметры. Рассчитывают комплексный коэффициент относительной изменчивости , в который вход т измеренные параметры, и по его величине определ ют измене ние характеристик строительных конструкций. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано при контроле качества материалов бетонных и железобетонных конструкций с измен ющимис  характеристиками с помощью ультразвуковых импульсных колебаний.

Известен способ ультразвукового контрол  конструкций при испытани х на изгиб, при котором пару преобразователей излучатель-приемник устанавливают в зоне максимального раст жени , фиксируют врем  прохождени  продольной волны ti и стро т зависимость изменени  ti от изменени  нагрузки Р. Начало изменени  ti отмечаетс  при нагрузках 10-30% от разрушающей, изменение времени ti в процессе микротрещи- нообразовани  около 5%.

На этом же принципе основан метод контрол  и оценки трещиностойкости напорных железобетонных труб.

Известен способ контрол  состо ни  жесткого аэродромного покрыти , использующий зависимость коэффициента затухани  ультразвука в бетоне а от нагружени  плиты.

Недостатком этого способа  вл етс  низка  чувствительность информационного параметра а к изменению характеристик бетона под вли нием нагрузки.

При двустороннем доступе к конструкции возможно применение способа контрол  железобетонных изделий на трещиностойкость, при котором измерение ведетс  двум  парами преобразователей,

Os Јь

ю

установленными на противоположных боковых поверхност х конструкций. По изменению разности времени ti между двум  парами фиксируют по вление трещин.

Чувствительность этого метода не- сколько выше предыдущих, но также позвол ет фиксировать изменение акустических характеристик только с начала активного микротрещинообразовани .

Известен также метод контрол  бетон- ных и железобетонных конструкций под нагрузкой на трехкратном измерении скорости ультразвуковых колебаний в опасном сечении конструкции в ненагруженном состо нии и при двух значени х нагрузки (20 и 60% от предполагаемой максимальной).

По изменени м скорости относительно первоначального значени  и специальным графикам рассчитываетс  максимально допустима  нагрузка. В процессе всего цикла .измерений преобразователи приклеены к поверхности конструкции. В данном случае анализируетс  изменение одного параметра продольной волны - времени распространени  ее в бетоне в пределах до 3%, таким образом ошибка измерений может быть достаточно высока.

Общим недостатком указанных мето- .дов  вл етс  их низка  чувствительность к изменени м характеристик материалов вследствие использовани  в качестве информативного параметра единичной акустической характеристики акустического сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности  вл етс  ультразвуковой способ контрол  изменени  характеристик строительных материалов, использующий синфазное изменение двух составл ющих характеристик (врем  рас- пространени  ti и врем  нарастани  переднего фронта TL продольной волны в импульсном сигнале) комплексного информационного параметра при изменении характеристик материала.

Чувствительность этого способа выше предыдущего, но информативные возможности акустического импульсного сигнала используютс  неполно.

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние чувствительности и точности неразрушающего контрол  путем одновременного дополнительного измерени  амплитудных характеристик прин того сигнала и использовани  в качестве информационного пара- метра, характеризующего изменение интегральных физико-механических и структурных характеристик материалов и конструкций комплексного коэффициента

относительной изменчивости импульсного сигнала Ки, определ емого из выражени 

.ti.)(tNrtL)(td(-tMt}AMoA-,o Ui tofti7 o-t0)(M0-te)ftdo-tMo)Alv,;H1

где ti и to - врем  распространени  ультразвуковых колебаний в конструкции в текущем и исходном состо нии соответственно;

tmi и tm0 врем  достижени  первой полуволны прин тых колебаний максимального значени  в текущем и исходном состо нии соответственно;

tMi и tM0 врем  достижени  огибающей амплитуд прин тых импульсов колебаний максимального значени  в текущем и исходном состо нии, соответственно;

tdo - момент времени, в который огибающа  прин тых импульсов колебаний в исходном состо нии достигает фиксированного уровн  Ado,

Adi амплитуда огибающей прин тых импульсов колебаний в текущем состо нии в момент времени tdi td + ti - to ;

AMI и Амд - максимум огибающей амплитуд прин тых импульсов колебаний в те- кущем и исходном состо нии соответственно;

Ai| и AIO - амплитуда первой полуволны прин тых колебаний в текущем и исходном состо нии, соответственно при нормировании максимума огибающей амплитуд прин тых импульсов колебаний.

Такимхэбразом в коэффициенте Ки сочетаютс  параметры принимаемого сигнала, св занные со скоростью распространени  колебаний в материале ti, с его спектральной характеристикой (tmi - ti) и с формой огибающей амплитуд прин тых импульсов колебаний: (tMi-ti). AMI , Ац , Adi. При этом используетс  характер изменени  временных и амплитудных параметров, скомпонованных в общий комплексный коэффициент относительной изменчивости параметров импульсного сигнала Китак, что при изменении физико-механических и структурных характеристик материала под воздействием нагрузки эти два вида единичных параметров импульсного сигнала измен ютс  одновременно в прртивофазе.

Например, при определении изменени  характеристик конструкции поверхностным прозвучиванием в раст гиваемой зоне в процессе роста напр жени  раст жени  и количества микротрещин происходит увеличение времени прохождени  поверхностной волны в слое материала ti, времени достижени  максимума огибающей TMI и

длительности нарастани  переднего фронта импульса tmi - ti за счет смещени  частотного спектра импульсного сигнала в более низкочастотную область. Одновременно с этим происходит изменение в ревербераци- онном процессе, соответствующее расползание огибающей амплитуд импульсов, т.е. увеличение величин (twi - ti) и уменьшение амплитуд AI и AM, особенно заметное при нормировании максимума огибающей AM к первоначальному значению. Это, в свою очередь, приводит к повышению чувствительности и точности предлагаемого информационного параметра к изменению характеристик материала по сравнению с другими акустическими способами контрол .

При контроле изменени  характеристик материала, св занных с его твердением или уплотнением, используютс  преимущественно импульсы продольных волн.

При контроле изменени  характеристик строительных конструкций под нагрузкой в качестве возбуждаемых и принимаемых импульсов ультразвуковых колебаний используют преимущественно импульсы поверхностных волн, а измерени  провод т на участке конструкции в области максимальных напр жений.

В случае возможности двустороннего доступа к конструкции, наход щейс  в напр женном состо нии, измерени  провод т на двух участках, напр жени  в которых противоположны по знаку и максимальны по величине, а изменение характеристик, строительных конструкций определ ют по изменению соотношени  значений комплексных коэффициентов Ки, полученных на обоих участках.

Преимущество предлагаемого способа заключаетс  в более полном использовании параметров импульсов ультразвукового сиг- нала, причем изменение временных и амплитудных параметров при изменении структурных характеристик материала обычно противофазной Кроме того, в качестве источника информации используютс  па- раметры поверхностных волн, распростран ющихс  в поверхностных сло х бетона толщиной до полутора длин волн. Таким образом, при установке пары преобразователей излучатель-приемник на конструкцию в зонах максимальных напр жений эТи волны распростран ютс  именно в тех сло х материала, которые наиболее чувствительны к сжатию или раст жению,.т.е. к вли нию нагрузки.

Кроме того, при таком расположении преобразователей интенсивность поверхностных волн значительно выше, чем у про0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дольных, что позвол ет при неизменной мощности ультразвуковых приборов увеличить базу измерений относительно базы при измерении параметров продольных волн и, соответственно, объем вовлеченного в процесс измерений материала с измен ющимис  характеристиками, что, в свою очередь, повышает чувствительность параметра, так как увеличивает веро тность изменени  микроструктуры материала на трассе сигнала.

В случае возможности установки на противоположных поверхност х конструкции в зонах максимального раст жени  и сжати  двух пар преобразователей с желательно одинаковыми базами измерений, возможно еще больше повысить чувствительность предлагаемого комплексного коэффициента относительной изменчивости к изменению характеристик материала. Дл  этого измер ют коэффициенты изменчивости Ки в каждой из этих зон, наход т их t соотношение и по его изменению суд т об изменении характеристик материала. Чувствительность повышаетс  за счет противофазного изменени  Ки в этих зонах под вли нием нагрузки,

На чертеже представлена осциллограмма принимаемого импульса колебаний и его измер емые параметры.

Пример. Контроль конструкции под нагрузкой при одностороннем доступе.

- Пару ультразвуковых преобразователей излучатель-приемник закрепл ют на поверхности исследуемой конструкции в зоне максимального раст жени  или сжати  так, чтобы между преобразовател ми не было видимых нарушений структуры л не измен лись контактные услови  преобразователей с поверхностью в процессе испытаний. При этом на электронно-лучевой трубке ультразвукового прибора формируетс  осциллограмма , приведенна  на чертеже, со всеми характерными параметрами: ti - врем  прихода продольной волны ;tr-врем  прихода попереч- ной волны; ts -. врем  прихода поверхностной волны; tsm врем  достижени  первого полупериода поверхностной волны максимального значени ; tsj - врем  достижени  заднего фронта огибающей амплитуд прин тых импульсов фиксированного уровн  от максимального значени ; ISM - врем  достижени  огибающей амплитуд прин тых импульсов поверхностной волны, максимального значени ; Ам - амплитуда огибающей прин тых импульсов поверхностной волны; Am - амплитуда первого полупериода поверхностной волны; Ad - фиксированный уровень затухани  огибающей прин тых импульсов (например

.ЗАм.

Далее через определенное врем  действи  нагрузки или после достижени  нагрузки заданных уровней производ т измерени  всех вышеперечисленных параметров , определ ют необходимые величины ( ts ml - tS| ) , (Ц Ml t Si ). ОТНОСЯТ ИХ К

исходным значени м, определ ют комплексный коэффициент относительной изменчивости поверхностной волны в импульсном сигнале КИ| и по характеру его изменени  суд т об изменении характеристик материала конструкции. В данном примере при измерени х параметров сигнала необходимо учитывать р д особенностей.

На практике нет смысла жестко раздел ть поверхностные волны на виды или вы- дел ть поперечные волны. В импульсном режиме все они наход тс  практически в одном временном диапазоне и, накладыва-  сь одна на другую, дают суммарный сигнал , который условно и принимаетс  за сигнал поверхностной волны, т.е. приход поверхностной волны ts определ етс  по характерному излому кривой и резкому увеличению амплитуды части общей осциллограммы прин того сигнала и далее все точки осциллограммы считаютс  принадлежащими поверхностной волне, как превалирующей по интенсивности над остальными.

При проведении повторных определений изменившихс  параметров необходимо обратить внимание на следующее обсто тельство . Под вли нием нагрузки и соответствен ного изменени  напр женного состо ни  и микроструктуры поверхностных слоев материала конструкции измен етс  форма огибающей сигнала поверхностной волны, поэтому дл  корректного определени  амплитудных параметров сигнала амплитуда огибающей нормируетс  по первоначальному значению (при этом отмечаетс  отношение амплитудных значений огибающей Ам(/Ам0 )

Дальнейшее увеличение числа временных и амплитудных параметров нецелесообразно , так как это приводит к значительному увеличению трудоемкости испытаний, не привод  к значительному росту чувствительности и точности измерений. Так, например, можно ввести в комплексный коэффициент временные и амплитудные параметры продольной волны L, но вследствие ее малой интенсивности и большого затухани  при поверхностном прозву- чивании велика ошибка определени  этих параметров.

Способы определени  параметров и получение частной информации об изменении каждого параметра в относительной к исходному значению виде доступно дл 

оператора любой квалификации. Кроме того , в зависимости от вида материала, конструкции и условий испытаний количество единичных параметров может быть уменьшено после предварительного определени 

чувствительности каждого из них к изменению характеристик материала в конструкции .

Claims (3)

1. Способ ультразвукового контрол  изменени  характеристик строительных конструкций , заключающийс  в том, что в исследуемой конструкции возбуждают импульсы ультразвуковых колебаний, принимают прошедшие через заданную базу

конструкции импульсы колебаний, измер ют временные параметры прин тых импульсов колебаний и по комплексному параметру, включающему измеренные в исходном состо нии и в текущем состо нии

временные параметры импульсов колебаний , определ ют изменени  характеристик строительных конструкций, отличаю щ и й- с   тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности контрол , дополнительно измер ют амплитудные параметры прин тых импульсов колебаний, а изменение характеристик строительных конструкций определ ют по изменению комплексного коэффициента Кит относительной изменчивости,

рассчитываемому из выражени 

1 :Шм;--МА„0..А4с

ш

Mtmo-toHWle).AM;-A4;..Ad;- .

где ti, to - врем  распространени  ультра- звуковых колебаний в конструкции в текущем ив исходном состо нии соответственно;

tmi и tm0 .- врем  достижени  первой полуволны прин тых импульсов колебаний максимального значени  в текущем и в исходном состо нии соответственно;

Ш| и tM0 врем  достижени  огибающей амплитуд прин тых импульсов колебаний максимального значени  в текущем и в исходном состо нии соответственно;

AMI и АМО максимум огибающей амплитуд прин тых импульсов колебаний в те- кущем ив исходном состо нии

соответственно;

Ai| и Ai0 - амплитуда первой полуволны прин тых импульсов колебаний, приведенна  к АМО 1 в текущем и в исходном состо нии соответственно;

Adi - амплитуда огибающей прин тых импульсов колебаний в текущем состо нии в момент времени td| td + ti. -10 ;

tdo - момент времени, в который огибающа  прин тых импульсов колебаний в исходном состо нии достигает фиксированного уровн  Ado.

2. Способ по п.1, о т л имеющийс  тем, что. с целью повышени  чувствительности и точности контрол  строительных конструкций под нагрузкой, в качестве возбуждаемых и принимаемых импульсов ультразвуковых колебаний используют преимущественно импульсы поверхностных ко0

5

лебаний, а измерени  провод т на участке конструкции в области максимальных напр жений .

3. Способ по п,2. отличающийс  тем, что дополнительно провод т измерени  на втором участке конструкции, напр жени  в котором противоположны по знаку напр жени м в первом участке и максимальны по величине, а изменение характеристик строительных конструкций определ ют по соотношению значений комплексных коэффициентов относительно изменчивости Ки1, полученных на первом и на втором участках конструкции.

ffnD

А, |

-

5М0