ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Согласовано

Утверждаю

Руководитель ООП

по направлению 200100

проф.

Зав. кафедрой приборостроения

проф.

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Приборы и методы акустического контроля»

(наименование по рабочему учебному плану)

Направление: 200100 «Приборостроение»

Профиль: «Приборы и методы контроля качества и диагностики»,

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Составитель: профессор А. И. Потапов

Санкт-Петербург

2012

Составитель: профессор

Научный редактор: профессор

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины

«Приборы и методы акустического контроля»

Дисциплина «Приборы и методы акустического контроля» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов по направлению 200100 –«Приборостроение» по профилю «Приборы и методы контроля качества и диагностики», обучение проводится на двух семестрах, на четвертом курсе, в седьмом и восьмом семестрах.

Общая трудоемкость дисциплины «Приборы и методы акустического контроля» по очной форме подготовки составляет 6,75 зачетных единиц или 216 часов.

Дисциплина реализуется на базе кафедры приборостроения Горного университета.

1. Цели и задачи дисциплины:

Целью изучения дисциплины «Приборы и методы акустического контроля» является:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  формирование знаний о современных акустических методах и приборах контроля природной среды, веществ, материалов и промышленных изделий, принципов, методов и средств измерений акустических физических величин, а также особенностей проведения акустических измерений при испытаниях и контроле.

·  овладение навыками проведения исследований, обработки и представления экспериментальных данных;

·  освоение теоретических основ акустического контроля;

·  умение выбирать структурные и принципиальные схемы акустических устройств контроля, рассчитывать или выбирать рабочие режимы контроля;

·  овладение навыками проектирования метрологического обеспечения устройств акустического контроля и аттестации приборов и измерительных преобразователей.

2. Задачи изучения дисциплины

- знать физические основы распространения упругих волн в различных средах;

- иметь общее представление об акустических методах неразрушающего контроля;

- знать основные физические эффекты, используемые для излучения и приема акустических колебаний;

- знать основные элементы конструкции пьезоэлектрических преобразователей;

- иметь представление о построении функциональных схем и устройстве аппаратуры ультразвукового контроля;

- иметь представление о вопросах методологии акустического контроля и его метрологическом обеспечении;

- иметь представление об основных элементах ультразвуковой интроскопии;

- иметь представление о месте акустических методов среди остальных методов неразрушающего контроля, знать возможности и границы применимости.

3. Место дисциплины в учебном процессе:

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла учебного плана по направлению 200100 «Приборостроение» и является составной частью группы предметов, представляющих базовые знания в области теории и технологии неразрушающего контроля.

Для освоения дисциплины необходимо знать:

·  вопросы математического анализа,

·  теорию физических полей,

·  основы метрологии и стандартизации,

·  элементную базу аналоговых и цифровых устройств,

·  электротехнику.

В результате изучения дисциплины «Приборы и методы акустического контроля» студент должен знать:

– современные проблемы акустического приборостроения;

– роль инженера в решении современных проблем страны;

–особенности работы инженера по акустическому приборостроению на действующих предприятиях.

Иметь представление:

– о современном состоянии отрасли;

– об основных направлениях развития акустического приборостроения;

– о современных акустических методах и приборах контроля качества и диагностики, акустических приборах и системах контроля качества в строительстве и др.

-  о современных проблемах акустической измерительной техники;

-  об использовании технической документации;

-  об использовании средств измерений при испытаниях и контроле;

Уметь:

-  решать типовые измерительные задачи, соответствующие его квалификации и производственной деятельности.

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями: ПК3, ПК4, ПК5, ПК8,ПК14,ПК22.

Виды учебной работы – лекции, лабораторные работы, практические занятия.

Изучение дисциплины заканчивается в восьмом семестре экзаменом.

Основные дидактические единицы (модули):

Дисциплина «Приборы и методы акустического контроля» состоит из следующих разделов:

4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 6,75 зачётных единиц.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестр

7

8

Аудиторные занятия (всего)

102

54

48

В том числе:

Лекции

42

18

24

Практические занятия (ПЗ)

42

18

24

Семинары (С)

0

0

Лабораторные работы (ЛР)

18

18

Самостоятельная работа (всего)

114

64

50

В том числе:

Курсовой проект (работа)

-

-

Расчётно-графические работы

-

-

Реферат

Другие виды самостоятельной работы:

Работа с литературой

Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)

Общая трудоёмкость час

зач. ед.

216

118

98

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела исциплины

Содержание раздела

1

Раздел 1.

Элементы линейной теории упругости

Поле упругих напряжений. Тензоры напряжения и деформации. Основные виды напряжений. Закон Гука. Тензоры модулей упругости и упругой податливости. Константы Ламэ, модуль Юнга, коэффициент Пуассона. Продольные и поперечные волны в изотропном твёрдом теле. Скорости распространения продольных и поперечных волн, их связь с упругими характеристиками среды.

2

Раздел 2

Физические основы распространения акустических волн в средах

Понятие об акустических колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твердых телах. Инфразвук, звук, ультразвук. Скорость волны, частота, длина волны. Энергетические характеристики акустических волн. Сферические, цилиндрические, плоские волны.

Основные типы волн в ограниченных средах: поверхностные волны, волны в пластинах и стержнях, клиновые волны, сдвиговые волны на поверхностях с периодической неровностью, волны в слоистых средах, стоячие волны. Фазовая и групповая скорости, дисперсия скорости звука.

Акустические свойства сред: скорость распространения, акустический импеданс, коэффициент затухания, явления поглощения и рассеяния. Влияние структуры материала, величины зерна, упругой анизотропии на затухание акустических волн.

Отражение и преломление плоских акустических волн на границах раздела сред. Трансформация волн. Критические углы. Преломление и отражение на границе двух сред, разделенных тонким слоем. Просветление границы. Явление незеркального отражения (принцип Ферма). Энергетические соотношения при преломлении и отражении акустических волн. Коэффициенты отражения и прозрачности. Рассеяние и дифракция акустических волн.

3

Раздел 3

Методы акустического контроля

Классификация основных методов акустического контроля: активные и пассивные методы. Методы прохождения, методы отражения, комбинированные методы методы колебаний.

Акустический тракт эхо-метода. Отражение от дефектов различной формы. Физические модели дефектов. АРД - диаграмма, АРД – линейки, SKH – диаграмма. Характеристики эхо-метода: понятие чувствительности, разрешающая способность, максимальная глубина прозвучивания.

Теневой метод. Акустический тракт теневого метода. Характеристики метода. Зеркально-теневой метод.

Метод акустической эмиссии. Физические основы. Основные параметры метода. Форма импульсов, число импульсов, суммарный счет, скорость счета.

4

Раздел 4

Излучение и прием акустических колебаний

Генерация и прием акустических волн. Бесконтактные способы излучения и приема ультразвука: воздушно-акустический, термо-акустический, электроакустический, электро-магнитоакустический.

Основные уравнения прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта, коэффициент электромеханической связи, эквивалентная схема пьезопластины, электрическая и акустическая добротность, коэффициенты преобразования при излучении и приеме, коэффициент двойного преобразования. Основные характеристики электроакустического тракта.

5

Раздел 5

Преобразователи

Пьезоэлектрический преобразователь. Основные элементы и их назначение. Конструктивное исполнение. Чувствительность, полоса пропускания, акустический контакт, шумы преобразователя, согласование с электрическими схемами, износостойкость. Методы обеспечения максимальной чувствительности и широкополосности.

Акустическое поле преобразователя. Понятия поля приёма, поля излучения, поля излучения – приёма. Ближняя и дальняя зоны преобразователя. Диаграмма направленности. Кольцеобразный преобразователь, преобразователь с акустической задержкой, раздельно - совмещенный акустический преобразователь, фокусирующие преобразователи. Наклонные преобразователи. Специальные преобразователи.

6

Раздел 6

Аппаратура ультразвукового контроля

Структурные схемы обнаружителей дефектов. Структурная схема ультразвукового импульсного дефектоскопа и временные диаграммы работы. Генератор импульсов возбуждения, приемно-усилительный тракт, блок развертки, блок синхронизации, блок автоматической сигнализации дефектов, временная регулировка чувствительности, блок цифрового отсчета.

Структурная схема и временные диаграммы работы ультразвукового импульсного толщиномера.

7

Раздел 7

Элементы дефектологии

Литье, поковки, штамповки, прокат. Основные типы дефектов. Влияние дефектов на качество.

Сварные соединения, трещины, шлаковые включения, непровары, прожоги, кратеры, поры, раковины. Прочность сварного соединения. Рабочее сечение. Неметаллические и композиционные материалы – основные виды дефектов.

8

Раздел 8

Методология ультразвукового контроля

Методика дефектоскопии изделий. Общие вопросы разработки методики ультразвуковой дефектоскопии. Перебраковка и недобраковка изделий.

Ультразвуковой контроль сварных соединений. Критерии и характеристики обнаружения дефектов. Выбор метода и схемы контроля, подготовка изделия к контролю, выбор рабочей частоты, настройка скорости и масштаба развертки, настройка чувствительности, выбор пути, шага и скорости сканирования. Основные и дополнительные измеряемые характеристики при контроле: амплитуда, эквивалентная площадь, условные размеры, форма. Оценка результатов контроля и их оформление. Обнаружение протяженных дефектов.

Ультразвуковая толщинометрия. Условия применимости. Средства ультразвуковой толщинометрии. Подготовка изделия к измерению толщины. Проведение измерений. Погрешности измерений.

9

Раздел 9

Метрологическое обеспечение средств неразрушающего контроля

Государственные стандартные образцы, их назначение и требования к ним. Стандартные образцы предприятия, их назначение и требования предъявляемые к ним. Стандартные образцы международного института сварки.

10

Раздел 10

Ультразвуковая интроскопия

Основные виды изображений: ортография, томография, голография. Виды сканирования: А – сканирование, В – сканирование, С – сканирование, АВ - АС - сканирование, секторное сканирование, акустоскопия.

Элементы реконструктивной акустической томографии. Реконструкция, обратная проекция. Двумерная регистрация акустического поля. Доплеровская ультразвуковая томография.

11

Раздел 11

Ультразвуковые измерения

Измерение физико–механических свойств материалов. Контроль упругих свойств материалов, контроль прочности, контроль состава и плотности, контроль твердости, контроль структуры, измерение шероховатости.

12

Раздел 12

Современное состояние акустических методов контроля

Применение акустических методов контроля при технической диагностике промышленных и производственных объектов. Перспективы развития акустических методов контроля.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

Дипломное

проектирование

–

–

–

–

-

-

-

-

-

-

-

-

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

Номер раздела/темы

Аудиторная работа (час)

СРС

(час)

Итого

Лекции

Лаб. работы

1.

2

4

6

2.

2

4

6

12

3.

2

4

6

12

4.

4

4

10

18

5.

2

4

8

14

6.

4

4

8

16

7.

2

4

8

14

8.

2

4

8

14

9.

2

4

8

14

10.

4

4

6

14

11

2

9

10

21

12.

2

6

8

16

ИТОГО

42

18

90

171

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекции

Прак.

зан.

Лаб.

зан.

Семин.

СРС

Всего

час.

1

Раздел 1.

Элементы линейной теории упругости

2

2

-

-

-

4

2

Раздел 2

Физические основы распространения акустических волн в средах

2

2

-

-

-

4

3

Раздел 3

Методы акустического контроля

4

4

2

-

-

10

4

Раздел 4

Излучение и прием акустических колебаний

6

6

2

-

-

14

5

Раздел 5

Преобразователи

4

4

2

-

-

10

6

Раздел 6

Аппаратура ультразвукового контроля

6

6

4

-

-

16

7

Раздел 7

Элементы дефектологии

2

2

-

-

-

4

8

Раздел 8

Методология ультразвукового контроля

4

4

2

-

-

10

9

Раздел 9

Метрологическое обеспечение средств неразрушающего контроля

2

2

2

-

-

6

10

Раздел 10

Ультразвуковая интроскопия

4

4

2

-

-

10

11

Раздел 11

Ультразвуковые измерения

4

4

2

-

-

10

12

Раздел 12

Современное состояние акустических методов контроля

2

2

-

-

-

4

6. Лабораторный практикум:

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-ёмкость

(час.)

1

3-4

Измерение скорости ультразвука в различных материалах

2

2

Измерение затухания ультразвука в различных материалах

2

3

5- 6

Обоснование выбора и расчет ультразвуковых преобразователей

4

4

8

Низкочастотная ультразвуковая дефектоскопия крупноструктурных и композиционных материалов

2

5

Высокочастотная ультразвуковая дефектоскопия изделий из металлов

2

6

9

Принципы метрологической поверки ультразвуковых дефектоскопов.

2

7

10

Изучение основных видов изображений: ортография, томография, голография и видов сканирования: А – сканирование, В – сканирование, С – сканирование, АВ - АС - сканирование, секторное сканирование, акустоскопия

2

8

11

Измерение физико–механических свойств материалов. Контроль упругих свойств материалов, контроль прочности, контроль состава и плотности, контроль твердости, контроль структуры, измерение шероховатости.

2

7. Практические занятия (семинары):

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование практических занятий

Трудо-ёмкость

(час.)

1

1

Расчет упругих характеристик изотропных и анизотропных материалов

2

2

2

Изучение акустических свойств сред: скорость распространения, акустический импеданс, коэффициент затухания, явления поглощения и рассеяния. Влияние структуры материала, величины зерна, упругой анизотропии на скорость и затухание акустических волн.

2

3

3

Изучение основных акустических методов: эхо-метода, теневого метода, импедансного метода, реверберационного метода, метода акустической эмиссии. Расчет акустического тракта теневого и эхо-метода.

2

4

4

Изучение бесконтактных способов излучения и приема ультразвука: воздушно-акустический, термо-акустический, электроакустический, электро-магнитоакустический.

6

5

5

Изучение ультразвуковых преобразователей: кольцеобразного преобразователя, преобразователя с акустической задержкой, раздельно - совмещенного преобразователя, фокусирующих преобразователей, наклонных преобразователей. Расчет диаграммы направленности ультразвукового преобразователя.

4

6

6

Изучение структурной схемы ультразвукового импульсного дефектоскопа и толщиномера.

6

7

7

Изучение основных типов дефектов металлических, неметаллических и композиционных материалов.

2

8

8

Разработка методики дефектоскопии и толщинометрии конкретных изделий.

4

9

Изучение государственных стандартных образцов, их назначение и требования к ним.

2

10

Изучение основных видов изображений: ортография, томография, голография и видов сканирования.

4

11

Разработка методик неразрушающего контроля физико–механических свойств материалов: контроль упругих свойств материалов, контроль прочности, контроль состава и плотности, контроль твердости, контроль структуры, измерение шероховатости.

4

12

Практическая реализация методик контроля на реальных промышленных изделиях

2

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): не предусмотрены.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

Основная

1.  , Сясько методы и средства контроля толщины покрытий и изделий. –СПб.: Гуманистика, 2009, 904 с.

2.  , , Потапов контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие. Высшая школа,1991, - 283 с.

3.  , Поляков пьезоэлектрические преобразователи. Учебное пособие. СПб.:СЗПИ, 1993, 152 с.

4.  , , Технический осмотр, диагностика и обслуживание автотранспорта. Научное, методическое, справочное пособие. СПб.: Гуманистика, 2008, -908 с.

5.  , , Потапов и средства дистанционной диагностики, мониторинга, неразрушающего контроля и интеллектуализации автотранспорта.– CПб.: Гуманистика, 2011,790 с.

6.  , , Сухоруков волн. М., Наука, 1990.

7.  , , Шарапова датчики. – М.: Техносфера, 2006, - 632 с.

Дополнительная

8.  Малов датчики. – М.: Энергоатомиздат, 1989, - 272 с.

9.  Шкарлет методы ультразвукового контроля. – М., Машиностроение, 1974, с.56.

10.Латишенко жесткости и прочности материалов. Рига, Зинатне. 19с.

11., Ярошек контроль прочности стеклопластиковых резервуаров, подвергаемых внутреннему давлению. Киев, Наукова думка, 1971, 118 с

12.. . Сборовский контроль качества конструкций. Л., Судостроение. 19с.

13.. Дробот 10. В. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий. М., Изд-во стандартов, 19с.

14., Потапов применения акустической эмиссии для неразрушающего контроля композиционных материалов. Л.. ЛДНТП, 19с.

15., Пеккер контроль конструкций из компози­ционных материалов. Л.. Машиностроение, 19с.

16. И, , и др. Технологический неразрушающий контроль пластмасс. Л., Машиностроение, 19с.

_____________________________________________________________________________

Разработчики:

кафедра ПС профессор