Как обустроить мансарду?



Как создать искусственный водоем?



Как наладить теплоизоляцию?



Как сделать стяжку пола?



Как выбрать теплый пол?



Зачем нужны фасадные системы?



Что может получиться из балкона?


Главная страница » Энциклопедия строителя

содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6]

страница - 2

СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ

Для экспериментальной проверки выводов теории нами были проведены измерения на дисках из никеля технической чистоты (99%). Они изготавливались механическим путем на токарном станке и не подвергались в дальнейшем термической обработке. Размеры использованных образцов (с точностью 0.05 мм) приведены в таблице 2. Для возбуждения ультразвука был выбран магнитострикционный механизм преобразования электромагнитных колебаний в акустические, а для его регистрации - обратное преобразование через магнитоупругий механизм. Такое возбуждение упругих волн широко применяется в научных исследованиях и технических приложениях [10,11 ]. Электромагнитное возбуждение звука [2] для генерации исследуемых колебаний диска непригодно, т.к. в этом методе возбуждаются лишь толщинные резонансы и требуются довольно сильные (свыше 1 Тл) магнитные поля, заметно влияющие на сдвиговые модули.

Блок-схема измерений приведена на рис.3 Интегратор 1 формировал напряжение U1 развертки по рабочей частоте со. С целью повышения точности измерений использовалась частотная модуляция сигнала. Для этого с помощью трансформатора 2 на напряжение развертки по частоте накладывалось напряжение частоты W/2p = 37 Гц. Глубина модуляции могла изменяться в широких пределах, но всегда была много меньше ширины резонанса. Управляющее напряжение Uynp подавалось на генератор плавающей частоты 3. Генератор 3 создавал частотно модулированное электрическое напряжение амплитуды порядка 1 В, которое подавалось на возбуждающую катушку 4, охватывающую никелевый диск вблизи его центра. Катушка была намотана на жесткий каркас и состояла из 10 витков медного провода диаметром 0.1 мм. Ток через катушку не контролировался. Вторая (приемная) катушка была аналогична первой и располагалась вблизи нее, также охватывая диск. Катушки вместе с образцом располагались между полюсами постоянного электромагнита так, что его магнитное поле H0 лежало в плоскости диска. Таким образом, полное магнитное поле в образце являлось суперпозицией сильного постоянного поля H0 и слабого высокочастотного поля возбуждающей катушки Hw. При выбранном расположении катушек и образца результирующее магнитное поле обладало симметрией относительно серединной плоскости диска и поэтому возбуждало лишь симметричные моды колебаний образца. Угол a между


H0 и осью катушки мог устанавливаться от 00 до 900, что позволяло изменять структуру магнитного поля и тем самым добиваться более эффективного возбуждения той или иной моды колебаний диска. Сигнал э.д.с. амплитуды и0 с приемной катушки проходил последовательно высокочастотный детектор 5 и синхронный детектор 6. В результате получался сигнал, пропорциональный производной по частоте сигнала du0/dco. Он регистрировался двухкоординатным самописцем. Отметим, что имелась также возможность проводить измерения в режиме без частотной модуляции, когда проводилась запись не производной du0/dco, а непосредственно сигнала и0. Регистрация резонансных пиков при этом существенно затруднялась.

Типичный вид записи самописца приведен на рис.4. Видно, что отчетливо регистрируются многочисленные резонансные пики. Аналогичные записи проводились для всех исследуемых образцов. Особенностью наблюдаемых резонансов является их одномодовость, которая нарушается при более высоких частотах (свыше 1 МГц). Тонкая структура резонансов была следующей: вблизи резонанса сигнал и0 с ростом частоты проходил через слабый максимум и глубокий минимум, либо, наоборот, через сильный максимум и слабый минимум. В общем случае вид резонансных кривых определяется электрическими импедансами возбуждающего и регистрирующих устройств, а также отношением глубины скин-слоя к толщине пластины [12]. Поскольку нас интересовали только частоты резонансов, то более подробно указанная особенность резонансных пиков здесь не обсуждаются. За частоту механического резонанса диска принималось среднее значение между ними, при регистрации производной du0/dco (рис.4) это была частота, соответствующая максимуму отклонения от нерезонансного значения в пределах выбранного резонанса. Так как резонансы являлись очень острыми, то допускаемый при этом произвол был не более 0.5%, что и определяло общую точность проведенных измерений.

Исследовалось влияние величины и ориентации магнитного поля H0 на характер резонансов. Оказалось, что при увеличении магнитного поля амплитуды резонансов увеличиваются, проходят через максимум при полях порядка 200-300 А/см и затем уменьшаются, исчезая в полях порядка 1000-1500 А/см. Это, безусловно, свидетельствует о магнитострикционном механизме возбуждения звука, так как в больших полях магнитострикция в никеле выходит на насыщение и не может быть промодулирована высокочастотным полем. Амплитуды ряда резонансов


сильно зависят от взаимной ориентации высокочастотного и постоянного магнитных полей, что хорошо видно на рис.4. Это связано с особенностями магнитострикционного возбуждения звука, детали которого здесь не обсуждаются.

Стрелками на рис.4 приведены резонансные частоты, рассчитанные по описанной выше теории тонкого диска. При этом величина сдвиговой скорости определялась по резонансу крутильных колебаний (№7), который фиксировался достаточно четко при ориентации осей катушек перпендикулярно магнитному полю H0 (a=900, рис.3). При параллельной ориентации (a=00 ) эта мода не видна, так как при этом имеется несовместимая с кручением симметрия относительно соответствующей диагонали диска. Найденная величина сдвиговой скорости в пределах точности измерений действительно не зависела от толщины дисков и составляла ct = (3.05±0.01) км/с, что превышает значение 2.96 км/с, приведенное в справочнике [13]. Это различие может быть объяснено некоторым повышением сдвиговой жесткости никеля в используемых образцах в связи с наличием примесей или текстурированием и нагартовкой материала в процессе его механической обработки. Значение продольной скорости может быть также рассчитано с помощью исследуемых резонансов. Действительно, предполагая справедливой теорию тонкого диска, рассмотрим отношение резонансных частот для мод №3 и №7 (радиальный и крутильный резонансы). В эксперименте, данные которого

представлены на рис.4, получается значение /3/f7 =(kta)3//(kta)7 = 0.678± 0.006,

откуда следует, что для радиальной моды kta=3.48±0.03. Из формулы (12) с использованиемконстантизтаблицы 1получим

o=(kt a - b0 - b2 • kt a) = 0.30± 0.01, что в пределах ошибки измерения совпадает с табличным значением о=0.309 . Соответствующая скорость продольных волн

может быть рассчитана по формуле cx = ct • 2(1 -о)/(1 - 2о) , что при использовании экспериментальных значений ct и о дает величину cx =(5.7 ± 0.1)км/с, совпадающую с табличным значением ci =5.63 км/с. Все остальные стрелки на рис.4 построены с использованием найденной сдвиговой скорости ct =3.05 км/с и коэффициента Пуассона о=0.30. Как видно, для данного образца наблюдается прекрасное согласие положения резонансов с теоретически рассчитанными значениями частот мод тонкого диска. Более того, соответствие является взаимно однозначным: каждый теоретический резонанс виден в эксперименте и каждый экспериментальный пик имеет теоретически предсказанное значение частоты.




содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6]

© ЗАО "ЛэндМэн"