GB/T38897-2020
无损检测弹性模量和泊松比的超声测量方法
Non-destructivetesting—MeasurementmethodformaterialelasticmodulusandPoisson'sratiousingultrasoincvelocity
- 中国标准分类号（CCS）J04
- 国际标准分类号（ICS）19.100
- 实施日期2021-01-01
- 文件格式PDF
- 文本页数20页
- 文件大小1.34M
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无损检测弹性模量和泊松比的超声测量方法
国家标准 GB/T38897一2020 无损检测弹性模量和泊松比的 超声测量方法 Non-destruetivetesting一Measurementmethodformaterialelasticmodulusand Poisson'sratiousingultrasoineveloeity 2020-06-02发布 2020-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/38897一2020 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 人员要求 方法概要 设备 检测规程 报告 附录A资料性附录弹性模量和泊松比检测材料 附录B资料性附录弹性模量和泊松比测量及不确定度评定实例
GB/38897一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口
本标准起草单位:北京理工大学、上海材料研究所、工程物理研究院化工材料研究所、钢铁研究 总院、北京遥测技术研究所
本标准主要起草人;周世圆、徐春广蒋建生、肖定国、丁杰、郝娟潘勤学,韩丽娜,张伟斌、徐元、 张敬霖、冯红亮、彭泳卿、黄巧盛、赵明华,吴玄、付君强
GB/T38897一2020 无损检测弹性模量和泊松比的 超声测量方法 范围 本标准规定了基于声速法的材料弹性模量和泊松比超声测量方法,包括人员、设备,试样,规程和报 告等要求
本标准适用于检测金属和非金属固体材料的弹性模量和泊松比,其他复合固体材料亦可参照使用
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
GB/T10623金属材料力学性能试验术语 GB/T12604.1无损检测术语超声检测 GB/T15014弹性合金、膨胀合金、热双金属、电阻合金物理量术语及定义 术语和定义 GB/T1o6233.GB/T120ot1和GB/T150l4界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 体波odywave 在无限或半无限弹性介质中传播的波
3.2 导波guidedwave 在有界弹性介质中传播的波
3.3 扭转波torsionalwave 在圆形棒、,管形和线材中扭转振动沿轴线传播的波
3.4 信号前沿leadingedge 回波波峰上升沿与时基的交点
注，如图la)所示,半波检波检测信号中的点B,BB，和B，是信号前沿;如图1b)所示,双极性检测信号中的点 R,R,R，和R，是信号前沿
GB/T38897一2020 一十一十 B B B a 双极性检测信号 半波检波检测信号 图1回波信号前沿示意图 人员要求 从事材料弹性模量和泊松比测量的人员应掌握一定的超声检测知识
按照本标准实施的人员,应 掌握与本标准相关的技术与知识,并由雇主或其代理对其进行岗位培训和操作授权
5 方法概要 5.1原理 固体材料中的超声波传播速度由其弹性模量和密度决定
在已知材料密度的基础上,通过测量超 声波在固体材料中的传播速度,计算获得材料的弹性模量和泊松比,检测方法包括适用于块状试样的体 波法和适用于圆形截面杆状试样的导波法 体波法通过测量块状固体中纵波和横波的传播时间和传播距离,获得材料的纵波声速和横波声速 由材料的纵波声速、横波声速和密度计算获得材料的杨氏模量,由材料的横波声速和密度计算获得材料 的剪切模量.由材料的纵波声速和横波声速计算获得材料的泊松比
导波法通过测量圆形细杆中纵波和扭转波的传播时间和传播距离,获得材料的纵波声速和扭转波 声速,由材料的纵波声速和密度计算获得材料的杨氏模量,由材料的扭转波声速和密度计算获得材料的 剪切模量,由材料的纵波声速和扭转波声速计算获得材料的泊松比
5.2方法特性 体波法利用在半无限弹性介质中传播的声波速度测量弹性模量和泊松比,测量横波声速,计算获得 剪切模量;测量纵波声速和横波声速,计算获得杨氏模量或泊松比
导波法利用圆形截面杆中传播的声波速度测量弹性模量和泊松比,测量纵波声速或扭转波声速,计 算获得杨民模量或剪切模量;测量纵波声速迷和扭转波声逃,计算获得泊松比 按本标准规定的方法检测弹性模量和泊松比的材料名称参见附录A
5.3方法选择依据 体波法适用于厚度不小于5mm的块状试样,且垂直于声波传播方向的最小尺寸应不小于换能器 直径或长边尺寸的3倍
导波法适用于直径不大于5mm的圆形截面杆状试样,且长度不小于100mm,长径比不小于40 各向异性材料按本标准规定的方法获得的弹性模量为沿声束传播方向的弹性模量
根据试样的制备难易程度和换能器的尺寸选择检测方法,如板材和棒材检测宜采用体波法,丝材检 测宜采用导波法
GB/T38897一2020 设备 6.1组成 检测仪器由A型脉冲反射式超声波探伤设备(或A型脉冲反射式超声脉冲信号收发仪和示波器 和超声换能器组成
超声脉冲信号收发仪用于产生电脉冲信号激励超声换能器发射超声波,并对超声 换能器接收超声回波输出的脉冲电信号放大和滤波处理
示波器用于显示超声脉冲信号收发仪输出的 脉冲电信号
超声换能器用于反射和接受超声波信号和信号采集
检测仪器特性应至少达到如下 要求 仪器激励电脉冲信号的电压与峰值频率(脉冲宽度)可调,电压不低于60V,峰值频率调整范 a 围至少覆盖1MHz15MHz
b 接收放大增益和滤波带宽可调,放大增益调整范围至少覆盖一10dB60dB. 示波器时间测量分辨力和显示宽度可调,测量分辨力不低于5ns,最大显示宽度不小于10s d 体波法采用接触式换能器或非接触式换能器,纵波换能器用于测量纵波声速,横波换能器用于 测量横波声速,尺寸应不大于试样垂直于声传播方向的最小尺寸的1/3 导波法采用磁致伸缩波导杆式超声换能器,在纵波模式下产生和接收纵波,在扭转波模式下产 生和接收扭转波 换能器频率的选择应考虑材料的声衰减和缺欠的分散率
体波法检测频率一般为1MHz~ 15MHlz,导波法检测懒率一般为50kHz一200kHz
为得到更高精度的弹性模量和泊松比 值,宜采用尽可能高的频率,并至少能够显示2次清晰的反射回波 6.2试样 6.2.1体波法试样 试样放置换能器的两检测表面(声波人射面和反射面)之间的距离(试样厚度)应不小于5mm,且 不小于波长的5倍;两检测表面应平行,平行度在士3"以内;两检测表面的表面粗糙度Ra<3.24m
垂 直于声波传播方向的最小尺寸应不小于换能器直径或长边尺寸的3倍,且不小于波长的10倍
6.2.2导波法试样 试样为圆形截面杆,杆直径不大于5mm,且长度不小于100mtm,长径比不小于40,杆两端面平行 度在士3"以内,圆柱度在0.05mm以内,圆柱表面粗糙度优于3.24m
6.3耦合剂 检测时,应使用适应被测试样的飙合剂,以保证换能器与被测试样表面具有良好的合
对于纵波 声速测量,稠合剂应使用洁净的轻质油等材料;对于横波声速测量,应使用树脂或固体黏结剂等高黏性 的材料,对某些材料使用蜂蜜、,类聚丁烯或其他高黏性的材料更有效
合剂不应对被测试样有影响
导波法检测时,可采用针焊法将磁致伸缩波导杆式超声换能器的波导杆与被测试样焊接在一起,以 保证稳定可靠的超声合
6.4量具 用于测量被测试样厚度h或长度的游标卡尺或千分尺(或其他等效量具),测量精度应不低于 0.1%
被测试样密度应依据材料类型依据相关标准进行测量,测量精度应不低于0.1%
GB/T38897一2020 检测规程 7.1检测区域 根据使用的仪器和现场实际情况,按照有关文件的要求选择检测区域
如材料特殊或结构复杂,适 宜时在同一被测试样上,选择多个检测位置,并记录检测信号对应的检测位置
7.2表面要求 被测试样表面应清洁平整,检测前,应将对可能引起错误解释的表面疑物予以清除
7.3换能器布置方案 换能器布置于检测区域的指定位置
体波法中应保证纵波声速和横波声速测量时,纵波换能器与 -检测位置
横波换能器位于同- 7.4检测仪器的调整和设置 超声脉冲信号收发仪器调整到正常工作状态,设置脉冲激励频率、脉冲激励电压、接收信号滤波带 宽、接收信号放大增益、A扫信号显示位置和宽度等检测参数
7.5体波法 7.5.1检测系统示意图 体波法通过测量块状固体中纵波和横波的传播速度获得其弹性模量和泊松比,其检测系统如图2 所示
超声换能器 祸合剂 o口 超声脉冲信号收发仪 O 试样 示波器 图2体波法弹性模量和泊松比检测系统示意图 7.5.2纵波声速测量 7.5.2.1通过测量被测试样的厚度和纵波在其中的传播时间,获得被测试样的纵波声速
纵波换能器放置于被测试样声波人射面,施加耦合剂保证良好合,调整超声脉冲信号收发 7.5.2.2 仪,使底面回波信噪比不低于10dB,调整示波器,获得尽可能多的底面回波信号,如图3所示
7.5.2.3声波从人射面传播至反射面再传播回人射面称为一次完整路径传播，一次完整路径传播为 2倍被测试样厚度
第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数n，等于回波个数
GB/T38897一2020 减1
如图3所示,回波1和回波5之间完整路径传播次数为
M 激励波 图3回波波形图 7.5.2.4测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差 7.5.2.5按式(1)计算被测试样的纵波声速: 2nh U At 式中: 纵波声速,单位为米每秒(m/s); U 第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数; n 厚度,单位为米(m); 第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差,单位为秒(s) At 7.5.3横波声速测量 7.5.3.1通过测量被测试样的厚度和横波在其中的传播时间,获得被测试样的横波声速
7.5.3.2横波换能器放置于被测试样声波人射面,施加耦合剂,保证良好耦合,调整超声脉冲信号收发 仪,使底面回波信噪比不低于10dB,调整示波器,获得尽可能多的底面回波信号,如图2所示
7.5.3.3计算第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数n, 7.5.3.4测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差 7.5.3.5按式(2)计算被测试样的横波声速 2n,h t 式中 横波声速,单位为米每秒(m/s); v 一个国这们号稍最后一个同被信号之同完整路经传播次数 第 n 厚度,单位为米(m) 第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差,单位为秒(s)
7.5.4弹性模量和泊松比计算 7.5.4.1计算方法 根据声波传播规律,由待测材料的纵波声速、横波声速和密度,计算得到待测材料的弹性模量和泊 松比
7.5.4.2杨氏模量 按式(3)计算被测试样的杨氏模量
GB/T38897一2020 3w2 一4v E= ow? u一u 式中 杨氏模量,单位为帕斯卡(Pa); 密度,单位为千克每立方米(kg/m); p 横波声速,单位为米每秒(m/) U -纵波声速,单位为米每秒(m/s) U 7.5.4.3剪切模量 按式(4)计算被测试样的剪切模量: G =o 式中 剪切模量,单位为帕斯卡(Pa); 密度,单位为千克每立方米(kg/m'): p 横波声速,单位为米每秒(m/s)
u 7.5.4.4泊松比 按式(5)计算被测试样的泊松比 ， 2
" 2U u， 式中 泊松比 纵波声速,单位为米每秒(m/s); u ZU 横波声速,单位为米每秒(m/s) 7.6导波法 7.6.1检测系统示意图 导波法通过测量圆形细杆中纵波和扭转波的传播速度获得其弹性模量和泊松比
检测系统如图4 所示
超声换能器 试样 波导杆 口口口口 9 OO 示波器 超声脉冲信号收发仪 图4导波法弹性模量和泊松比检测系统示意图
GB/T38897一2020 7.6.2纵波声速测量 7.6.2.1通过测量被测试样的长度和纵波在其中的传播时间,获得被测试样的纵波声速
7.6.2.2磁致伸缩波导杆式纵波换能器放置于被测试样声波人射面,采用针焊法将换能器的波导杆与 被测试样焊接在一起,保证良好合,调整超声脉冲信号收发仪,使底面回波信噪比不低于10dlB,调整 示波器,获得尽可能多的底面回波信号,如图3所示
7.6.2.3计算第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数n 7.6.24测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差r t!g" 7.6.2.5按式(6)计算被测试样材料的纵波声速 2n 6 Ug A 式中: 纵波声速,单位为米每秒(m/s); Ug 第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数; 1e 长度,单位为米(m); 第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差,单位为秒(s)
t 7.6.3扭转波声速测量 7.6.3.1通过测量被测试样的长度和扭转波在其中的传播时间,获得被测试样的扭转波声速
7.6.3.2磁致伸缩波导杆式扭转波换能器放置于被测试样声波人射面,采用针焊法将换能器的波导杆 与被测试样焊接在一起,保证良好耦合,调整超声脉冲信号收发仪,使底面回波信噪比不低于10dB,调 整示波器,获得尽可能多的底面回波信号,如图3所示
7.6.3.3计算第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数n 7.6.3.4测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差tn
7.6.3.5按式(7)计算被测试样的扭转波声速 2n Ue Atg 式中: -扭转波声速,单位为米每秒(m/s); Ug 第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传插次数 刀e -长度,单位为米m); 第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差,单位为秒(s)
t 7.6.4弹性模量和泊松比计算 7.6.4.1计算方法 根据声波传播规律,由待测材料的纵波声速、扭转波声速和密度,计算得到待测材料的弹性模量和 泊松比
7.6.4.2杨氏模量 按式(8)计算被测试样的杨氏模量 E 8 =ovg 式中: E -杨氏模量,单位为帕斯卡(Pa);
GB/T38897一2020 密度,单位为千克每立方米(kg/m'); 纵波声速,单位为米每秒(m/s). 7.6.4.3剪切模量 按式(9)计算被测试样的剪切模量 9 G=pw 式中 G -剪切模量,单位为帕斯卡(Pa); 密度,单位为千克每立方米(kg/m'); 扭转波声速,单位为米每秒(m/s). U 7.6.4.4泊松比 按式(1o)计算被测试样的泊松比 2u (10 2Ug 式中 泊松比 纵波声速,单位为米每秒(m/s); U 扭转波声速,单位为米每秒(m/s) v 7.7检测步骤 7.7.1体波法检测步骤 7.7.1.1按7.4调整和设置检测仪器
根据换能器布置方案,纵波换能器稳定耦合在检测位置
7.7.1.2记录示波器测出的被测试样中第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差和 完整路径传播次数
7.7.1.3根据式(1),计算被测试样的纵波声速
7.7.1.4采用横波换能器重复7.7.1.1和7.7.1.2,根据式(2),计算被测试样的横波声速
7.7.1.5根据式(3)、式(4)和式(5),计算被测试样的杨氏模量,剪切模量和泊松比
7.7.1.6体波法弹性模量和泊松比测量实例参见附录B. 7.7.2 导波法检测步骤 7.7.2.1按7.4调整和设置检测仪器
根据换能器布置方案,磁致伸缩波导杆式纵波换能器稳定合 在圆形截面杆试样一端
7.7.2.2记录示波器测出的被测试样中第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差和 完整路径传播次数
7.7.2.3根据式(6),计算被测试样圆形截面杆内部的纵波声速
7.7.2.4采用磁致伸缩波导杆式扭转波换能器重复7.7.2.1和7.7.2.2,根据式(7),计算被测试样圆形截 面杆内部的扭转波声速
7.7.2.5根据式(8),式(9)和式(10),计算被测试样的杨氏模量,剪切模量和泊松比
7.7.2.6导波法弹性模量和泊松比测量实例,参见附录B. 8 报告 报告应包括且不限于下列内容:
GB/38897一2020 检测方法; a b 被测试样的材料; c 耦合剂 d)超声脉冲信号收发仪器的名称,型号等 e 超声换能器的类型、尺寸和频率; fD 检测时的环境温度; 被测试样的杨氏模量,剪切模量和泊松比的测量值 g h)检测单位、人员和日期
GB/T38897一2020 附 录 A 资料性附录) 弹性模量和泊松比检测材料 按本标准规定的方法检测弹性模量和泊松比的材料名称如表A.1所示
表A.1弹性模量和泊松比检测材料汇总表 检测方法 材料名称 体波法 碳钢、不锈钢,工具钢、,粉末合金、陶瓷、高聚物黏结炸药 碳钢,不锈钢、特殊不锈钢、错、铝青铜、鹤,碳,形状记忆合金,高温合金、粉末合金、弹性合金 导波法 0
GB/38897一2020 附录B 资料性附录) 弹性模量和泊松比测量及不确定度评定实例 B.1概述 本附录以钢块和碳棒为例分别说明体波法和导波法测量弹性模量和泊松比的不确定度评定 在下面的不确定评定中,待测材料为钢块和碳棒,待测的各分量互不相干,因此灵敏系数均为1,在 下面的评定中不再单独列出关于灵敏系数的说明
B.2不确定度来源 测量弹性模量和泊松比的不确定度来源主要有: 纵波/横波声时测量不确定度,包括其测量重复性、模数转换精度所引人的测量不确定度等; a b 游标卡尺引人的长度测量不确定度; 被测试样的密度测量不确定度
c B.3体波法检测钢块弹性模量和泊松比及其不确定度评定 纵波声时、横波声时和厚度测量值 B.3.1 利用体波法检测钢块的弹性模量和泊松比,使用示波器、,超声脉冲信号收发仪和接触式压电换能器 搭建的通用检测系统测量纵波声时和横波声时,使用游标卡尺测量待测材料厚度,重复测量10次,取测 量的平均值作为各个测量量的基本值,计算其标准差,测量结果分别如表B.1、表B.2和表B.3所示
表B.1纵波声时测量值 单位为微秒 10 均值t 标准差um 3.34 3.35 3.35 3.34 3.35 3.35 3.34 3.35 3.34 3.34 3.35 0,.0016 表B.2横波声时测量值 单位为微秒 10 均值 标准差um 6.15 6.16 6.16 6.16 6.17 6.16 6.16 6.17 6.16 6,15 6.16 0,0016 表B.3厚度测量值 单位为毫米 10 均值h 标准差ln 9.84 9.86 9.80 9.80 9.82 9.84 9.86 9.82 9.82 9.84 9.83 0.0070 测量量平均值的标准差按式(B.1)计算 1
GB/T38897一2020 (B.1 n 式中 重复测量次数 第i次测量的数值 . 次测量的平均值
-n B.3.2纵波声速测量值及标准不确定度评定 B.3.2.1纵波声时的标准不确定度评定 B.3.2.1.1纵波声时的标准不确定度A类评定 纵波声时测量的重复性采用A类评定,纵波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值 的标准差 un=0.00164s B.2 B.3.2.1.2纵波声时的标准不确定度B类评定 数据采样卡的模数转换引人的测量不确定度采用B类评定
纵波声时测量精度取决于采样频率 和电压分辨半,经验表明数据采样卡的模数转换误差引起的测量设差一般不会超过了个采样周期
使用100MHz的采样频率时,系统测量声时的误差不超过50ns,因此纵波声时的示值误差的半区间为 25ns,引人的标准不确定度按均匀分布估计,则纵波声时的B类标准不确定度为: B.3 =25ns/v厅=0.0144!s u2 B.3.2.1.3纵波声时的合成标准不确定度 纵波声时的合成标准不确定度为 e =0.0145从s B.4 一、u们千" B3.2.2厚度的标准不确定度评定 B.3.2.2.1厚度的标准不确定度A类评定 厚度测量的重复性采用A类评定,厚度均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值的标 准差 =0.0070mm (B.5 uh！ B.3.2.2.2厚度的标准不确定度B类评定 厚度测量使用分辨力为0.02mm的游标卡尺,其测量分辨力引人的测量不确定度采用B类评定
示值误差的半区间为0.01mm,按均匀分布估计,B类标准不确定度为 u2=0.01mm/v=0.0058mm B.6 B.3.2.2.3厚度的合成标准不确定度 厚度的合成标准不确定度为 十u了=0,0091mm =v 12
GB/T38897一2020 B.3.2.3纵波声速测量值及标准不确定度评定 纵波声速由纵波声时和厚度计算,纵波声速和其合成标准不确定度分别为 2h =5868.66m/s B.8 u au u =25.974 (B.9 u -u" m/s lnl h at B.3.3横波声速测量值及标准不确定度评定 B.3.3.1横波声时的标准不确定度评定 B.3.3.1.1横波声时的标准不确定度A类评定 横波声时测量的重复性采用A类评定,横波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值 的标准差 =0,0016丛s B.10 un B.3.3.1.2横波声时的标准不确定度B类评定 横波声时的标准不确定度B类评定与纵波声时的标准不确定度B类评定相同,对数据采样卡的模 数转换引人的测量不确定度采用B类评定 (B.1l1 =25ns/V=0.014 un2 44s B.3.3.1.3横波声时的合成标准不确定度 横波声时的合成标准不确定度为 =0.01454s (B,12 =Vu'干uns B.3.3.2厚度的标准不确定度评定 厚度的标准不确定度评定与纵波相同,合成标准不确定度为: B.13 u，=Vun十ue了=0.0091mnm B.3.3.3横波声速测量值及标准不确定度评定 横波声速由横波声时和厚度计算,横波声速和其合成标准不确定度分别为: 2h =3191.56m/s B.14 (B.15 =8.069m/s -n 一l n at B.3.4密度的标准不确定度评定 钢密度取7.84g/cm,测量精度小于或等于0.1%,取95%置信度,扩展因子为2.计算得到其不 确定度u
为0.0039g/em B.3.5弹性模量和泊松比测量值及标准不确定度评定 B.3.5.1杨氏模量测量值及标准不确定度评定 由7.5.4.2式(3),代人纵波声速、横波声速和密度值计算得到杨氏模量 13
GB/T38897一2020 3w/?一4u," E=, =206.04GPa (B.16 v/2一u 其合成标准不确定度由纵波声速、横波声速和密度的标准不确定度计算得到 -中中司 =1.154GPa B.17 取包含因子为3,则待测材料的杨氏模量的扩展不确定度为 UE=3uE=3.462GPa (B.18 B.3.5.2剪切模量测量值及标准不确定度评定 由7.5.4.3式(4),代人横波声速和密度值计算得到剪切模量 G (B.19 =p,”=79.86GPa 其合成标准不确定度由横波声速和密度的标准不确定度计算得到 =0.406GPa -- B.20 取包含因子为3,则待测材料的剪切模量的扩展不确定度为 (B.21 U
=3ua=1.218GPa B3.5.3泊松比测量值及标准不确定度评定 由7.5.4.4式(5),代人纵波声速和横波声速计算得到泊松比 一2U." 0I 0.29 (B.22 2(u -U， 其合成标准不确定度由纵波声速和横波声的标准不确定度计算得到 a 一 =0.006 B.23 一l 取包含因子为3,则待测材料的泊松比的扩展不确定度为 U，=3u，=0,018 B.24 B.4导波法检测碳棒弹性模量和泊松比及其不确定度评定 B.4.1纵波声时、扭转波声时和长度测量值 利用导波法测量碳棒的弹性模量和泊松比,使用示波器、超声脉冲信号收发仪和致伸缩波导杆式超 声换能器搭建的通用测量系统测量纵波声时和扭转波声时,使用游标卡尺测量待测材料长度,重复测量 10次,取测量的平均值作为各个测量量的基本值,并计算其标准差,测量结果分别如表B.4、表B.5和 表B.6所示
表B.4纵波声时测量值 单位为微秒 10 均值t 标准差Ma 42.54 42.58 42.57 42.,58 42.59 42.,50 42,48 42.52 42.50 42.49 42.54 0.0133 表B.5扭转波声时测量值 单位为微秒 10 均值 标准差um 76.84 76.88 76.88 76.86 76.88 76.82 76.86 76.86 76.84 76.84 76.86 0.0066 14
GB/T38897一2020 表B.6长度测量值 单位为毫米 10 均值1 标准差un 70.80 70,84 70,.90 70.78 70.74 70.72 70.80 70.90 70,.90 70.86 70.82 0.0212 测量量平均值的标准差按式(B.1)计算 B.4.2纵波声速测量值及标准不确定度评定 B.4.2.1纵波声时的标准不确定度评定 B.4.2.1.1纵波声时的标准不确定度A类评定 纵波声时测量的重复性采用A类评定,纵波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值 的标准差 =0.0133s B.25 ule B.4.2.1.2纵波声时的标准不确定度B类评定 数据采样卡的模数转换引人的测量不确定度采用B类评定
纵波声时测量精度取决于采样频率 和电压分辨率,经验表明数据采样卡的模数转换误差引起的测量误差一般不会超过5个采样周期
当 使用100.MHz的采样频率时,系统测量声时的误差不超过50ns,因此纵波声时的示值误差的半区间为 25ns,引人的标准不确定度按均匀分布估计,则纵波声时的B类标准不确定度为 B.26 =25ns//=0.01444s ule？ B.4.2.1.3纵波声时的合成标准不确定度 纵波声时的合成标准不确定度为 =0.0196 B.27 Mil=Vuki”十ule2 B.4.2.2长度的标准不确定度评定 B.4.2.2.1长度的标准不确定度A类评定 长度测量的重复性采用A类评定,厚度均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值的标 准差; -0.0212mm (B.28 u1= B.4.2.2.2长度的标准不确定度B类评定 长度测量使用分辨力为0.02mm的游标卡尺,其测量分辨力引人的测量不确定度采用B类评定
示值误差的半区间为0.01mm,按均匀分布估计,B类标准不确定度为: ，=0.01mm/3=0.0058mmm B.29 u2=！ B.4.2.2.3长度的合成标准不确定度 长度的合成标准不确定度为 u=un十1 =0.0220mm B,30 e 15
GB/T38897一2020 B.4.2.3纵波声速测量值及标准不确定度评定 纵波声速由纵波声时和厚度计算,纵波声速和其合成标准不确定度分别为 =3329.57m/s B.31 Ug 1U ava =1.850m/s .(B.32 ug 一以r -ul a 7t B.4.3扭转波声速测量值及标准不确定度评定 B.4.3.1扭转波声时的标准不确定度评定 B.4.3.1.1扭转波声时的标准不确定度A类评定 扭转波声时测量的重复性采用A类评定,横波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量 值的标准差 B.33 ui=0.0066!s B.4.3.1.2扭转波声时的标准不确定度B类评定 扭转波声时的标准不确定度B类评定与纵波声时的标准不确定度B类评定相同,对数据采样卡的 模数转换引人的测量不确定度采用B类评定 B.34 un
=25ns/v=0.014 41s B4.3.1.3扭转波声时的合成标准不确定度 扭转波声时的合成标准不确定度为 十ue=0.0158从s B.35 lt B.4.3.2长度的标准不确定度评定 长度的标准不确定度评定与纵波相同,合成标准不确定度为 B.36 u，=Vun十u经了=0.0220mm B.4.3.3扭转波声速测量值及标准不确定度评定 扭转波声速由扭转波声时和长度计算,扭转波声速和其合成标准不确定度分别为 2l =1843.03m/s B.37 Ug tg DUn vx =0.686m/s u (B.38 lg tg tg B.4.4密度的标准不确定度评定 碳棒密度/取1.55g/m',测量精度小于或等于0.1%,取95%置信度,扩展因子为2,计算得到其 不确定度u，为0.016g/em
B.4.5弹性模量和泊松比测量值及标准不确定度评定 B.4.5.1杨氏模量测量值及标准不确定度评定 由7.6.4.2式(8),代人纵波声速和密度值计算得到杨氏模量: 16
GB/T38897一2020 B.39 E =pe”=17.18GPa 其合成标准不确定度由纵波声速和密度的标准不确定度计算得到 E =0.178GPa B,40 E 一u 取包含因子为3,则待测材料的杨氏模量的扩展不确定度为 =0.534GPa B.41 U=3uE B.4.5.2剪切模量测量值及标准不确定度评定 由7.6.4.3式(9),代人扭转波声速和密度值计算得到剪切模量 G =5.26GPa B.42 =Pw 其合成标准不确定度由扭转波声速和密度的标准不确定度计算得到 G =0.054GPa B,43 (Ou) Mg og 取包含因子为3,则待测材料的剪切模量的扩展不确定度为 U，=3u
=0.182GPa (B,44 B.4.5.3泊松比测量值及标准不确定度评定 由7.6.4.4式(10),代人纵波声速和扭转波声速计算得到泊松比 2U U
=0.63 (B.45 2Ug 其合成标准不确定度由纵波声速和扭转波声速的标准不确定度计算得到 au 0.02 B.46 一ls 7wg 取包含因子为3,则待测材料的泊松比的扩展不确定度为 U，=3u，=0.06 B.47)
无损检测弹性模量和泊松比的超声测量方法GB/T38897-2020
无损检测是指在不破坏物体的情况下，利用各种测试手段对物体内部的缺陷、材料性质等进行检测和评估的技术。在工业生产、建筑结构以及材料科学研究等领域，无损检测技术得到了广泛应用。
超声测量是一种基于物体内部声波传播特性进行检测的方法。它通过探头发射超声波，在物体内部反射、折射和散射后，由接收器接收并转换成电信号，然后对信号进行分析和处理，从而得到物体内部结构和性质的信息。
在无损检测中，超声测量已经被广泛应用于测量物体的弹性模量和泊松比。弹性模量是衡量物体在受力时变形能力的指标，而泊松比则是描述物体在受力时横向收缩和纵向拉伸程度的指标。
相对于传统的材料测试方法，超声测量方法具有多项优点。首先，它可以实现对物体内部的非常精确的测量。其次，这种方法不会对被测物体造成破坏，因此可以避免可能产生的二次污染和资源浪费。最后，超声测量仪器的使用和维护成本较低，易于推广和普及。
国家标准GB/T38897-2020就是针对超声测量方法的应用而制定的。它规定了超声测量方法的基本原理、设备要求、操作流程以及数据处理等方面的内容。这个标准的出台，对于提高我国相关产业的技术水平、促进生产效率和降低成本都起到了重要作用。
总之，超声测量作为一种新型的无损检测方法，已经成为了测量物体弹性模量和泊松比的重要手段。我们相信，在不断的探索和研究中，这种方法将会有更加广泛的应用和发展。
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