GOST R 53568-2009

GOST R 53568−2009 Essais non destructifs. Détermination des constantes d'élasticité du troisième ordre par la méthode acoustique. Exigences générales

GOST R 53568−2009
Groupe T59

NORME NATIONALE DE LA FÉDÉRATION DE RUSSIE

Contrôle non destructif

DETERMINATION DES CONSTANTES ELASTIQUE DU TROISIEME ORDRE PAR LA METHODE ACOUSTIQUE

Exigences générales

contrôle non destructif. Evaluation du module d'élasticité du troisième ordre par la méthode des ultrasons. Exigences générales

OKS 77.040.10

Date de lancement 2010-12-01

Avant-propos

Les objectifs et les principes de la normalisation dans la Fédération de Russie sont établis par la loi fédérale du 27 décembre 2002 N 184-FZ "sur la réglementation technique" et les règles d'application des normes nationales de la Fédération de Russie - GOST R 1.0-2004 "La normalisation dans la Fédération de Russie. Dispositions de base"
À propos de la norme

1 DÉVELOPPÉ par la branche de Nizhny Novgorod de l'Institut de génie mécanique. A. A. Blagonravov de l'Académie russe des sciences (Nf IMASH RAS), organisation autonome à but non lucratif "Centre de recherche pour le contrôle et le diagnostic des systèmes techniques" (ANO "NRC KD")

2 INTRODUIT par le Comité Technique de Normalisation TC 132 "Diagnostic Technique"

3 APPROUVÉ ET MIS EN VIGUEUR par Arrêté de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie du 15 décembre 2009 N 861-st

4 INTRODUIT POUR LA PREMIÈRE FOIS


Les informations sur les modifications apportées à cette norme sont publiées dans l'index d'informations publié annuellement "Normes nationales" et le texte des modifications et modifications - dans les index d'informations publiés mensuellement "Normes nationales". En cas de révision (remplacement) ou d'annulation de cette norme, un avis correspondant sera publié dans l'index d'information publié mensuellement "Normes nationales". Les informations, notifications et textes pertinents sont également publiés dans le système d'information public - sur le site officiel de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie sur Internet

Introduction

Une évaluation objective des performances et de la sécurité des objets techniques critiques en fonctionnement dans la plupart des cas pratiquement importants est impossible sans évaluer l'état de contrainte dans lequel se trouve leur matériau.

Parmi les méthodes modernes non destructives de mesure des contraintes mécaniques, les méthodes acoustiques sont parmi les plus prometteuses et de plus en plus utilisées dans la pratique mondiale.
Les méthodes acoustiques de détermination de l'état de contrainte sont basées sur l'effet élasto-acoustique, c'est-à-dire la dépendance linéaire de la vitesse des ondes élastiques longitudinales et de cisaillement sur les contraintes dans le matériau, dont la détermination expérimentale fiable est devenue possible avec l'avènement de équipements de mesure ultrasoniques et électroniques modernes.

Les caractéristiques les plus importantes d'un matériau permettant d'évaluer son état de contrainte sont ses coefficients de couplage acousto-élastiques [1], qui sont déterminés par les constantes élastiques du deuxième et du troisième ordre. Si la procédure de détermination des constantes d'élasticité du second ordre a été élaborée méthodiquement depuis longtemps, les caractéristiques de détermination des constantes d'élasticité du troisième ordre ne sont régies par rien d'autre que [2]. A cet égard, il semble pertinent d'élaborer une norme répondant aux exigences modernes d'accompagnement réglementaire pour le développement de méthodes d'essais non destructifs.

Outre la détermination de l'état de contrainte des solides à partir du phénomène d'acoustoélasticité, la connaissance des constantes d'élasticité non linéaires est importante pour déterminer l'état contrainte-déformation des plaques et coques, pour étudier les effets de l'interaction des champs de déformation élastique avec les champs de de nature différente (électrique, magnétique , etc. ).

Cette norme est une base méthodologique pour déterminer les constantes élastiques du troisième ordre lors de l'utilisation de la méthode acoustique de contrôle des contraintes mécaniques selon GOST R 52731, et peut également être utilisée pour d'autres applications pratiques de la théorie non linéaire de l'élasticité, en particulier dans l'analyse et des calculs numériques de l'état de contrainte-déformation des matériaux et des structures à l'aide de modèles élastiques non linéaires du matériau.

1 domaine d'utilisation

La présente Norme internationale couvre une méthode acoustique de laboratoire pour la détermination des constantes élastiques du troisième ordre des solides et établit des exigences générales pour le mode opératoire de détermination des constantes élastiques du troisième ordre moyennées sur l'épaisseur du matériau et le volume du faisceau ultrasonore, en utilisant la masse ondes ultrasonores se propageant dans une direction perpendiculaire au plan de la surface des échantillons matériaux.

La connaissance des constantes d'élasticité du troisième ordre permettra d'effectuer des calculs de résistance plus précis des plaques et des coques, en tenant compte des propriétés élastiques non linéaires des matériaux.

La base physique de la méthode est l'effet élastoacoustique, c'est-à-dire la dépendance de la vitesse des ondes élastiques longitudinales et de cisaillement sur l'amplitude de la contrainte uniaxiale dans le matériau.

2 Références normatives

Cette norme utilise des références normatives aux normes suivantes :

GOST R 52731−2007 Essais non destructifs. Méthode acoustique de contrôle des contraintes mécaniques. Exigences générales

GOST 12.1.001−89 Système de normes de sécurité du travail. Ultrason. Exigences générales de sécurité

GOST 12.1.019−79 Système de normes de sécurité au travail. Sécurité électrique. Exigences générales et nomenclature des types de protection

GOST 12.1.038−82 Système de normes de sécurité au travail. Sécurité électrique. Valeurs maximales admissibles des tensions et courants de contact

GOST 12.2.013.0-91 (CEI 745-1-82) Système de normes de sécurité au travail. Machines manuelles électriques. Exigences générales de sécurité et méthodes d'essai

GOST 1497−84 Métaux. Méthodes d'essai de traction

GOST 2768−84 Acétone technique. Caractéristiques

GOST 2789−73 Rugosité de surface. Paramètres et caractéristiques

GOST 6507−90 Micromètres. Caractéristiques

GOST 10587−84 Résines époxy-diane non polymérisées. Caractéristiques

GOST 17299−78 Alcool éthylique technique. Caractéristiques

GOST 26266−90 Essais non destructifs. Transducteurs ultrasoniques. Exigences techniques générales

GOST 28840−90 Machines pour tester les matériaux en traction, compression et flexion. Exigences techniques générales

Remarque - Lors de l'utilisation de cette norme, il est conseillé de vérifier la validité des normes de référence dans le système d'information public - sur le site officiel de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie sur Internet ou selon l'index d'information publié annuellement "Normes nationales ", qui a été publié à partir du 1er janvier de l'année en cours, et selon les panneaux d'information mensuels correspondants publiés dans l'année en cours. Si la norme de référence est remplacée (modifiée), alors lors de l'utilisation de cette norme, vous devez être guidé par la norme de remplacement (modifiée). Si la norme référencée est annulée sans remplacement, la disposition dans laquelle la référence à celle-ci est donnée s'applique dans la mesure où cette référence n'est pas affectée.

3 Désignations

3.1 Les symboles suivants sont utilisés dans cette norme :

— module d'Young du matériau de l'échantillon d'essai, MPa ;

— Coefficient de Poisson du matériau de l'éprouvette ;

— module d'élasticité de masse, MPa ;

, — Coefficients de Lame du second ordre, MPa ;

— contrainte uniaxiale élastique dans l'éprouvette, MPa ;

— Limite d'élasticité du matériau de l'échantillon pour essai, MPa ;

est le nombre d'étages de chargement élastique de l'éprouvette ;

est le numéro de l'étape de chargement élastique de l'échantillon d'essai une, …, ;

- Stressé -ième étape de chargement, ;

est la contrainte uniaxiale dans l'éprouvette à -ème étage de chargement, MPa ;

est l'épaisseur de l'éprouvette à l'état déchargé, mm;

est la section transversale de l'éprouvette, mm , , où - largeur de la partie travaillante de l'échantillon, mm;

sont les retards des impulsions des ondes élastiques par -ième étape de chargement, μs :

— 1 correspond à une onde de cisaillement élastique avec un vecteur de polarisation parallèle à l'axe de l'échantillon,

— 2 correspond à une onde de cisaillement élastique avec un vecteur de polarisation perpendiculaire à l'axe de l'échantillon,

— 3 correspond à une onde longitudinale élastique ;

sont les vitesses de propagation des ondes élastiques correspondant aux retards des impulsions des ondes élastiques dans le matériau , Mme;

sont les coefficients de couplage acoustoélastique, 1/MPa, 1, 2, 3 :

— est la variation relative du retard de l'impulsion d'onde de cisaillement polarisée selon la direction d'action de la contrainte uniaxiale lorsqu'elle change de 1 MPa ;

— est la variation relative du retard de l'impulsion d'une onde de cisaillement polarisée à travers la direction d'action de la contrainte uniaxiale, lorsqu'elle change de 1 MPa ;

— - évolution relative du retard de l'impulsion de l'onde longitudinale lorsque la tension change de 1 MPa ;

, , sont les constantes d'élasticité du troisième ordre de Murnaghan, MPa.

4 Dispositions générales

4.1 La détermination des constantes élastiques du troisième ordre est effectuée conformément aux exigences générales de [1].

4.2 Les mesures et le traitement des résultats sont effectués dans des conditions de laboratoire.

4.3 Les mesures sont effectuées sur des échantillons d'essai du matériau de l'objet de contrôle. Des exemples d'exigences sont donnés à la section 7.

4.4 Pour déterminer les constantes élastiques du troisième ordre, des ondes de cisaillement polarisées le long et à travers l'axe de l'échantillon, ainsi que des ondes longitudinales, sont utilisées.

4.5 Le schéma de sondage du matériau correspond à la méthode d'écho des tests par ultrasons [1]. La méthode d'excitation des vibrations élastiques est le contact. Le type de signal émis est une impulsion radio avec un remplissage haute fréquence (ultrasonique), une enveloppe lisse et une durée effective (au niveau de 0,6 de l'amplitude maximale) de 2 à 4 périodes de la fréquence fondamentale.

4.6 Pour l'émission et la réception de signaux acoustiques, des transducteurs piézoélectriques émetteurs-récepteurs (combinés) (ci-après dénommés transducteurs) d'ondes longitudinales et de cisaillement sont utilisés conformément à GOST 26266 .

4.7 Les constantes élastiques du troisième ordre sont moyennées sur le volume du faisceau ultrasonore, qui est déterminé par les dimensions transversales du transducteur et l'épaisseur du matériau de l'échantillon.

5 Exigences de sécurité

5.1 Pour effectuer des mesures, permettre aux opérateurs qui ont les compétences nécessaires pour utiliser des équipements de contrôle non destructif par ultrasons, qui sont capables d'utiliser les documents réglementaires et techniques panrusses et industriels sur les méthodes de test acoustique, qui ont été formés pour travailler avec les instruments de mesure utilisés et sont certifiés pour la connaissance des règles de sécurité dans l'industrie concernée.

5.2 L'opérateur doit être guidé par GOST 12.1.001 et les règles techniques de sécurité pour le fonctionnement des installations électriques grand public conformément à GOST 12.1.019 et GOST 12.1.038.

6 Exigences pour les instruments de mesure

6.1 Comme instruments de mesure, on utilise des installations assemblées à partir d'équipements de série, ou des outils spécialisés (ci-après dénommés appareils), certifiés et vérifiés de la manière prescrite.

6.2 Les appareils acoustiques doivent contenir un ensemble de transducteurs d'une fréquence nominale de 5 MHz, assurant l'émission et la réception d'ondes élastiques de cisaillement et longitudinales.

6.3 Les limites de l'erreur relative tolérée dans la mesure du temps de propagation des impulsions d'ondes élastiques ne doivent pas dépasser ±10 .

6.4 Des machines pour tester les matériaux pour la traction, la compression et la flexion selon GOST 28840 sont utilisées comme dispositifs de chargement.

6.5 Les limites de l'erreur tolérée dans la mesure de la charge dans la course avant (en pourcentage de la charge mesurée) ne doivent pas dépasser ± 0,5%, ce qui correspond aux machines d'essai du groupe 0-U conformément à GOST 28840 .

6.6 Pour mesurer l'épaisseur de l'échantillon à l'emplacement du transducteur, des micromètres sont utilisés selon GOST 6507 avec une valeur de division de 0,001 mm.

6.7 Dispositifs et matériaux auxiliaires

6.7.1 Outil de meulage pour la préparation de surface - conformément à GOST 12.2.013.0.

6.7.2 Pour dégraisser la surface de l'échantillon, utilisez de l'alcool selon GOST 17299 ou de l'acétone selon GOST 2768 .

6.7.3 Pour assurer le contact acoustique du transducteur avec la surface de l'échantillon, une résine époxy selon GOST 10587 ou un autre liquide de contact est utilisé. La viscosité du couplant à la température de mesure doit correspondre à la viscosité de la résine époxy à une température de 25 °C : 12–25 Pa·s.

7 Exigences pour les éprouvettes

7.1 Des échantillons plats fabriqués à partir du matériau de l'objet à tester conformément à GOST 1497 sont utilisés comme échantillons de test.

7.2 Le nombre d'éprouvettes doit être d'au moins 5.

7.3 Épaisseur des éprouvettes doit être d'au moins 5 mm.

7.4 Largeur de la partie travaillante des éprouvettes doit être 2 à 3 fois plus grand que les dimensions géométriques des éléments actifs des convertisseurs.

7.5 Des deux côtés de la surface de travail des éprouvettes au centre de la partie travaillante, des zones carrées sont préparées avec un côté égal à la largeur de l'éprouvette et une rugosité de surface ne dépassant pas 1,25 selon GOST 2789 .

8 Se préparer à prendre des mesures

8.1 Chaque éprouvette doit avoir son épaisseur mesurée avant d'être placée dans les mors de la machine d'essai. à l'emplacement de l'onduleur.

8.2 Placer l'éprouvette dans les poignées de la machine d'essai.

8.3 Appliquer une couche de couplant sur la surface préparée de l'éprouvette.

8.4 Un transducteur d'onde de cisaillement est installé au centre de l'échantillon, orientant son vecteur de polarisation parallèlement à l'axe de l'échantillon.

8.5 Un transducteur d'onde de cisaillement est installé plus haut le long de l'axe de l'échantillon, orientant son vecteur de polarisation perpendiculairement à l'axe.

8.6 Un transducteur d'ondes longitudinales est installé en dessous le long de l'axe de l'échantillon.

8.7 Allumez l'appareil, affichez la base de temps des signaux reçus sur l'écran de l'appareil de surveillance vidéo.

8.8 Vérifiez la qualité du contact acoustique, sur l'écran du dispositif de contrôle vidéo, plusieurs impulsions réfléchies de trois types d'ondes doivent être observées avec une durée de balayage d'au moins 50 µs pour les ondes de cisaillement et d'au moins 30 µs pour les ondes longitudinales.

9 Ordre des mesures

9.1 Les mesures sont effectuées dans des conditions climatiques normales

9.2 L'éprouvette est chargée avec force , puis successivement 4−6 pas le réduisent à la valeur .

9.3 Au premier stade de chargement ( 1) sélectionnez la première impulsion d'écho et la seconde impulsion d'écho qui la suit, qui est utilisée pour mesurer le retard d'impulsion à deux fois l'épaisseur de l'échantillon.

9.4 Pour la première impulsion d'écho, choisissez l'instant correspondant au point de référence du profil d'impulsion.

Remarque - Un des points où le signal a une valeur nulle est choisi comme point de référence.

9.5 Pour la deuxième impulsion d'écho, déterminer l'instant correspondant au même point de référence du profil de cette impulsion.

9.6 La différence de temps détermine le délai d'impulsion à deux fois l'épaisseur de l'échantillon ( 1, 2, 3 respectivement pour des ondes de cisaillement polarisées le long et à travers l'éprouvette et une onde longitudinale).

Remarque - Si l'erreur de détermination ne répond pas aux exigences de 6.5, alors mesurer l'intervalle de temps entre le premier et -m impulsions d'écho ( - numéro de série de l'impulsion d'écho) conformément à GOST R 52371. À l'avenir, en tant que retard utiliser la valeur résultante.

9.7 Les mesurages selon 9.2 à 9.6 sont répétés pour chacun des niveaux de charge de l'échantillon d'essai.

9.8 Les mesures conformément à 9.2 à 9.6 sont répétées pour toutes les éprouvettes du matériau de l'objet de contrôle.

10 Traitement des résultats de mesure

10.1 A partir des résultats des mesures sur toutes les éprouvettes pour chaque type d'onde, calculer les coefficients de corrélation entre les changements de retard relatifs et stresse selon la formule

. (une)

Les résultats de mesure sont considérés comme satisfaisants si les coefficients de corrélation pour tous les types de vagues sont au moins de 0,95. Sinon, l'expérience doit être répétée avec un nombre accru de niveaux de chargement. tant que la condition n'est pas remplie 0,95 ( 1,2, 3).

10.2 Coefficients de couplage acoustoélastique calculé selon la formule

. (2)

10.3 Les constantes élastiques du troisième ordre de Murnagan sont calculées à l'aide des formules [3, 4]

, (3)

, (quatre)

, (5)

où

, (6)

, (sept)

. (huit)

Remarque - Au lieu des constantes d'élasticité de troisième ordre de Murnaghan, il est permis d'utiliser les constantes , , [5], , , [6], , , [sept].


Les formules de relation entre les constantes sont présentées dans le tableau 1.


Tableau 1 - Formules de relations entre différentes constantes élastiques du troisième ordre

11 Présentation des résultats de mesure

Les résultats des mesures sont consignés dans le protocole dont la forme est donnée en annexe A.

Annexe, A (recommandé). Formulaire de protocole de mesure

Annexe A
(conseillé)

PROTOCOLE
détermination des constantes élastiques du troisième ordre

Tableau 1 - Résultats de mesure pour l'éprouvette N

9 Les valeurs moyennes des constantes élastiques du troisième ordre sont présentées dans le tableau 2


Tableau 2 — Valeurs des constantes élastiques du troisième ordre

Noter - , , - erreurs relatives dans la détermination des constantes élastiques du troisième ordre , , .