CC BY
30
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
УДК 674.8:534.8Доц. Р.М. Купчик, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Льв1в
ДОСЛ1ДЖЕННЯ АКУСТИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДЕРЕВНИХ МАТЕР1АЛ1В
ОбГрунтовано використання ультразвукового методу проникаючого випром1-нювання для дослiдження акустичних властивостей деревних матерiалiв. Розглянуто суть цього методу та дослщжено його основш технiчнi параметри. Визначено показ-ники, якi пiдлягають вимiрюванню.
Ключовг слова: деревинш матерiали, акустичнi властивост1, звукоiзоляцiя, зву-копоглинання, ультразвуковий метод.
Постановка науковоУ проблеми. Деревина i деревш матер1али широко використовують в облаштуванш найрiзноманiтнiших середовищ життедь яльностi людини та його окремих елеменлв як будiвельнi, конструкцшш, де-коруючi та облицювальш матерiали. Велика кiлькiсть таких матерiалiв у су-часних iнтер'eрах зумовлюе важливiсть комплексного вивчення всiх властивостей цих матерiалiв. Зокрема акустичш властивостi цих матерiалiв, поряд з фiзико-механiчними, хiмiчними, ппешчними, естетичними та шшими влас-тивостями, здiйснюють значний вплив на експлуатацшш характеристики се-редовища та обладнання, а також на комфорт i здоров'я людини. Насамперед це зву^золяцшш, звукопоглинаючi i реверберацiйнi властивостi деревних матерiалiв i виробiв з них.
Прямi вимiрювання таких властивостей е досить складними i трудо-мiсткими. Тому метою роботи е визначити i описати основш параметри доступного i ефективного методу акустичних дослщжень деревинних матерiалiв.
Спираючись на результати рiзноманiтних теоретичних дослiджень [1, 3], основними показниками, за допомогою яких опосередковано з дос-татньою точшстю можна оцшити рiзнi акустичнi характеристики матерiалу, можна вважати швидкiсть поширення поздовжньо! звуково! хвилi в матерiалi (с) i затухання амплiтуди першого твперюду фронту ще! хвилi (А). Зв'язок цих величин iз звукоiзоляцiйною i звукопоглинаючою властивостями матерь алу е достатньо вивчений i описаний у виглядi теоретичних i емпiричних за-лежностей (напр. [4]).
Пiсля аналiзу iснуючих методiв акустичних дослiджень [1, 3, 5] можна зробити висновок, що для даних експериментальних випробувань найдоцшь-нiше використовувати ультразвуковий метод проникаючого випромшювання (за класифiкацiею ГОСТ 23829-85 "Контроль неруйнуючий акустичний"), як найбшьш точний i простий у використаш. Цей метод полягае у збудженш пружних коливань у матерiалi дослiджуваного зразка i реестрацп змши пара-метрiв ультразвукових коливань, що пройшли через матерiал. Метод потре-буе двостороннього доступу до зразка. Причому використовуеться розподiле-на схема вводу i прийому пружних коливань. Прозвучування зразка здiйснюеться iмпульсним методом. Тип хвиль, що використовуються - поз-довжнi, нормальнi (хвжт Лемба). Спосiб вводу коливань у матерiал - контак-тний. Тобто акустичний контакт здшснюеться через шар речовини товщиною менше половини довжини хвил1
126
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкник Н.1Т У Укра'1'ни. - 2012. - Вип. 22.10
В основi iмпульсного методу визначення характеристик матерiалу ле-жить !х зв'язок з параметрами хвилевого руху. За юнуючих методiв збуджен-ня ультразвукових коливань у призматичних зразках практично прийнятних розмiрiв не вдаеться рееструвати поширення поздовжньо1 хвилi з так званою "стержневою" швидюстю сст, для яко1 була б справедлива формула
Умови використання ще! формули вимагають, щоб поперечнi розмiри стержня були значно менш^ нiж мiнiмальна довжина пружно! хвилi спектра в середовищi (к " Ятш, Ь " Атт), а довжина стержня - значно бшьша, нiж максимальна довжина ще! хвилi (I " Л,т£К). Виконання таких умов для ашзотропного низькомодульного матерiалу, яким е бшьшють деревних матерiалiв, пов'язане зi значними труднощами.
Тобто вимiрювання стержнево! швидкосп поширення фронту пружно! поздовжньо! хвилi для такого матерiалу е складним i неращональним, а використання формули (1) в шших умовах призводить до втрат точности Бшьш точнi результати можна отримати, забезпечивши умови для вимiрювання швидкосп, що вiдповiдають поширенню iмпульсу в безмежному середовищi. Це можливо не тшьки в масивних тшах, а й в стержнях i пластинах. У цьому випадку швидкiсть поширення фронту хвилi пов'язана з модулем пружносп i щiльнiстю матерiалу спiввiдношенням
де К - коефщент, що залежить вiд шести коефiцiентiв Пуасона ортотропного матерiалу, дорiвнюе квадрату вiдношення швидкосп поширення пружно! поздовжньо! хвилi в стержш i в безмежному середовищ^
При цьому швидкiсть поширення пружно! поздовжньо! хвилi в безмежному середовищi завжди буде вищою, шж у стержнi i пластиш, i максимально можливою для тако! орiентацil у дослiджуваному матерiалi. Також необхщно забезпечити такi умови, щоб вщстань мiж випромiнюючим i приймаючим перетворювачами була не меншою половини довжини хвил^ якою прозвучуеться матерiал.
Умови поширення пружно! хвилi в безмежному середовищi приблиз-но можуть бути забезпеченi для виробу довшьно! форми i розмiрiв шляхом тдбору частоти акустичних перетворювачiв, за яко! швидюсть, що вимь рюеться, буде найбшьшою. Геометрична диспершя, тобто залежшсть вимь рювано! швидкостi вiд розмiрiв i форми конструкцп, буде в цьому випадку зведена до мшмуму. Таю вимiрювання можуть проводитись на виробах довшьно! форми i будь-яких габарипв, а також на малих зразках, орiентацiя яких по вщношенню до трьох осей симетрп матерiалу суворо визначена. Тому необхщно попередньо вибрати частоти акустичних перетворювачiв, щоб вони забезпечували умови поширення пружно! хвилi у безмежному середови-
(1)
де: Е - модуль Юнга, Па; р - щшьнють матерiалу, кг/м3.
(2)
3. Технолопя та устаткування лiсовиробничого комплексу
127
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
щi [6]. Для визначення цих частот проводили експеримент на зразках дерев-ностружково! плити з розмiрами 300x50x18 мм. [4] Дослщжували дiапазон частот вщ 25 кГц до 1 МГц у головних напрямках осей матерiалу (рис. 1).
У ^
Рис. 1. Головт напрямки осей матерiалу, що до^джуеться
На рис. 2 наведено величини швидкостi поширення переднього фронту поздовжньо! хвилi в площинi (Ух i Уу) i по товщинi (У2) з використанням ультразвукових перетворювачiв з частотами 25, 40, 60, 100, 200, 400, 600 i 1000 кГц. Ц величини зростали зi збшьшенням частоти акустичних перетво-рювачiв. На частотах вище 60 кГц величини швидкостей в усiх напрямках осей не змшюються, тобто вiдповiдають умовам поширення поздовжшх пружних хвиль у безмежному середовищi i, значить, забезпечують необхiдну точнiсть вимiрювань.
У2хЮ3,м/с Ух, Уух103,м/с
3
1
.-
2
25 40 60 100 200 400 600 кГц
Рис. 2. Зв'язок швидкостiпоширення переднього фронту пружно1 поздовжньоН хвилi в пресованому матерiалi з частотою УЗК, у напрямках: 1) по довжит (Ух);
2) по ширит (Уу); 3) по товщит зразка (Уг).
Висновок. Таким чином, дослщження акустичних характеристик по-ристих ашзотропних деревинних матерiалiв можна проводити за допомогою ультразвукового методу проникаючого випромшювання. Основш переваги цього методу - ушверсальшсть i низькозатратнiсть. Основнi вимiрюванi величини - швидюсть i затухання ампл^уди звукового сигналу. Мiнiмальна частота ультразвукових перетворювачiв - 60 кГц. Недоцшьно використовува-ти вищi частоти перетворювачiв. Хоча за високих частот ультразвуку можна розраховувати на бшьшу точшсть вимiрювань, однак у ра^ пiдвищення час-
128
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий вкник 11.1ТУ УкраУни. - 2012. - Вип. 22.10
тоти спостер^аеться значний picT затухання ультразвукового сигналу в пористому композицшному матеpiалi, зростають вимоги до ступеня оброблення поверхонь об'екта, що контролюеться та умов акустичного контакту.
Л1тература
1. Голубов И. А. Методы неразрушающего контроля древесных плит / И. А. Голубов. -М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1982. - 152 с.
2. Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция: теория, исследование, проектирование, изготовление, контроль / И.И. Боголепов. - Л. : Изд-во "Судостроение", 1986. - 367 с.
3. Клюев В.В. Неразрушающий контроль / В.В. Клюев. - Т. 3. Ультразвуковой контроль. - М. : Изд-во "Машиностроение", 2004. - 864 с.
4. Купчик Р.М. Формування виpобiв з деревинно-клейово!' композицп iз заданими акус-тичними характеристиками : дисс.... канд. техн. наук / Р.М. Купчик. - Львiв : Вид-во УкрДЛТУ, 1996. - 147 с.
5. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения / А.Е. Колесников. - М. : Изд-во стандартов, 1982. - 240 с.
6. Ерыхов Б.П. Неразрушающие методы исследования целлюлозно-бумажных и древесных материалов / Б.П. Ерыхов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1988. - 228 с.
Купчик Р.М. Исследование акустических свойств древесных материалов
Обосновано использование ультразвукового метода проникающего излучения для исследования акустических свойств древесных материалов. Рассмотрена суть этого метода и исследованы его основные технические параметры. Определены показатели, подлежащие измерению.
Ключевые слова: древесные материалы, акустические свойства, звукоизоляция, звукопоглощение, ультразвуковой метод.
Kupchyk R.M. Research of acoustic properties of wood materials
Using the ultrasonic method of penetrating radiation for studying the acoustic properties of woody materials is substantiated. The essence of this method is considered and its main technical parameters are examined. Defined indicators to be measured.
Keywords: woody materials, acoustic properties, sound proofing, sound absorption, ultrasonic method.
УДК 630*[811+812] Доц. 1.М. Сопушинський, канд. с.-г. наук -
НЛТУ Украши, м. Львiв
АН1ЗОТРОП1Я ХВИЛЯСТО-ЗАВИЛЬКУВАТО1 ДЕРЕВИНИ ЯСЕНА ЗВИЧАЙНОГО (FRAXINUS EXCELSIOR L.)
Дослщжено щшьшсть деревини ясена звичайного iз прямоволокнистою та хви-лясто-завилькуватою текстурою в абсолютно сухому, базисному та мокрому станах. Визначено особливост лшшного усихання та розбухання, кшьюсть рiчних кшець в 1 см та середню ширину рiчного кшьця хвилясто-завилькувато! деревини. Встанов-лено лшшш залежност показниюв усихання та розбухання деревини вщ структурного напрямку деревного волокна. Вивчено вплив кута нахилу деревного волокна на ашзотрошю деревини.
Ключовг слова: ясен, ашзотрошя, (^зичш властивост^ декоративна деревина.
Вступ. Ясен звичайний за деревинознавчою класифжащею (Fraxinus excelsior L.) належить до класу кшьцесудинних деревних порщ iз факульта-тивним ядроутворенням [9, 10]. Ядро вщ свилих до темних вщтшюв утво-
3. Технология та устаткування лковиробничого комплексу
129
