Метод ударных отпечатков (А. Х.Шевцов). О прочности древесины судят по диаметру отпечатка (вмятины), появляющегося на гладко оструганной поверхности исследуемого элемента при падении стального шарика диаметром 25 мм с высоты 50 см со специальной подставки. Для проб на вертикальных и наклонных гранях применяется спуск горизонтально оттянутого шарика (рис.3.4), скрепленного с нитью длиной 50 см.
Диаметры отпечатка фиксируются с помощью белой и копировальной бумаг, помещенных на исследуемую поверхность в месте удара. Для перехода от диаметра отпечатка к прочности материала пользуются экспериментальными кривыми, построенными для разных сортов древесины. Для учета влияния влажности вводится поправочный коэффициент.
Рис.3.4. Испытание ударом шарика по вертикальной поверхности деревянного элемента:
1 - испытуемый элемент;
2 - натянутая нить;
3 - стальной шарик;
4 - положение того же шарика в момент удара
Способ стрельбы предложен К.П.Кашкаровым. В испытуемый деревянный элемент стреляют из мелкокалиберной винтовки, закрепленной в легком переносном станке. Расстояние от конца винтовочного ствола до поверхности древесины принимается равным 10см. Направление простреливания - нормальное к годовым слоям. Глубина погружения пули определяется электрозондом. От среднеарифметического значения глубин погружений при нескольких выстрелах переходят к прочности на сжатие вдоль волокон материала по графикам, построенным экспериментально для соответствующих сортов древесины.
Исследования показали, что глубина погружения пули практически не зависит от влажности простреливаемых слоев.
Акустические методы
Акустические методы основаны на возбуждении упругих механических колебаний. По параметрам этих колебаний и условиям их распространения судят о физико-механических характеристиках и состоянии исследуемого материала.
В зависимости от частоты колебаний акустические методы делятся на ультразвуковые (при частотах от 20 тыс. Гц и выше) и методы, основанные на использовании колебаний звуковой (до 20 тыс. Гц) и инфразвуковой (до 20 Гц) частот.
Ультразвуковые методы
Возбуждение и прием колебаний. Для возбуждения ультразвуковых волн на поверхности исследуемого материала устанавливают преобразователи переменного электрического тока, создающие колебания. Чаше всего применяются преобразователи, действующие по принципу пьезоэффекта. При этом для возбуждения колебаний используется так называемый «обратный», а в преобразователях для приема колебаний - «прямой» пьезоэффекты.
Поскольку воздушные прослойки препятствуют передаче и приему ультразвуковых колебаний, между преобразователями и исследуемым материалом наносят контактирующую среду. Для металла применяют обычно минеральное масло, для бетона и других материалов с неровной поверхностью необходимы смазки более густой консистенции - солидол, технический вазелин, эпоксидные смолы и т.д.
Условия прохождения ультразвуковых волн. Ультразвуковые колебания могут быть введены в исследуемую среду узким направленным пучком - «лучом» с малым углом расхождения. Колебания частиц происходят при этом лишь в локализованном объеме материала, ограниченном контурами пучка, а исследуемый же элемент в целом остается неподвижным. Эта возможность прозвучивания материала в заданных направлениях является весьма существенной при проведении исследований.
Ультразвуковые волны, переходя из одной среды в другую, преломляются, а также отражаются от граней, разделяющих эти среды, что используется для определения их распространения при данном методе контроля. В воздушных прослойках ультразвуковые колебания затухают почти полностью, что позволяет выявлять и исследовать скрытые внутренние дефекты: трещины, расслоения, пустоты и т.д.
Различают продольные и поперечные волны. В первом случае частицы материала колеблются по направлению ультразвукового луча, а во втором - перпендикулярно к нему. Используют также поверхностные волны, как продольные, так и поперечные, распространяющиеся лишь в поверхностном слое материала и позволяющие, например, в металле, обнаруживать самые мелкие поверхностные повреждения. Скорость распространения волн (своя для каждого из указанных видов материалов) является одним из основных показателей при оценке физико-механических характеристик и состояний бетона, древесины и других материалов с переменными плотностью и влажностью.
Способы прозвучивания. По направлению ультразвуковых волн различают два основных приема прозвучивания:
Сквозное - когда излучатель, возбуждающий колебания, и приемник, воспринимающий их, расположены с противоположных сторон исследуемого объекта (рис.3.5, а, б). Направление ультразвукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормальным, так и наклонным, а также с использованием отражения или «эхо-метода», когда излучатель и приемник располагаются на одной и той же стороне (рис.3.5, в), что особенно существенно при возможности лишь одностороннего доступа к объекту. Кроме того, эхо-метод удобен при использовании не двух, а одного приемо-передающего преобразователя, который последовательно посылает упругие волны и сам же принимает их отражения.
По характеру излучения необходимо различать:
1) метод непрерывного излучения с подачей к излучателю колебаний переменного тока постоянной частоты; по такому принципу были разработаны первые дефектоскопы (С.Я. Соколов, 1928г.) для выявления дефектов в материале по направлению звуковой тени (рис. 3.5, в);
2) импульсный метод, получивший сейчас самое широкое применение как наиболее эффективный при исследованиях бетона, при дефектоскопии сварных швов металлоконструкций и др. В этом случае к преобразователю через определенные достаточно малые промежутки времени, например, 25 или 50 раз в I сек, подаются короткие серии («пакеты») колебаний высокой частоты.
Рис.3.5. Способы прозвучивання:
а - сквозное прозвучивание нормально к поверхности элемента;
б - диагональное прозвучивание;
в - эхо-метод;
1 - прозвучиваемый элемент;
2 - излучающая пьезоэлектрическая пластинка;
3 - иьезопластинка, воспринимающая колебания;
4 - призма из оргстекла;
5 - направление прозвучивання;
6 - выявляемый дефект;
7 - теневая зона
Регистрация ультразвуковых колебаний производится с помощью специальной аппаратуры. Наиболее распространенной является передача электрических колебаний от приемного преобразователя через усилитель на экран электроннолучевой трубки катодного осциллографа. С большой точностью при этом могут быть определены скорость прохождения ультразвуковых колебаний через исследуемый материал, интенсивность их затухания, а также другие показатели, используемые при оценке результатов измерений.
