Las constantes elásticas tridimensionales de los materiales se pueden medir utilizando el método de inmersión ultrasónica . Esto fue iniciado por Zimmer y Cost del Laboratorio Nacional de Física en la década de 1960. Se ha utilizado principalmente para materiales compuestos poliméricos . El conocimiento de las constantes elásticas se puede utilizar para retroalimentar los modelos del comportamiento del material o del proceso de fabricación del compuesto utilizado.
Técnica de inmersión
El método de inmersión ultrasónica hace uso de un baño de agua con temperatura estabilizada que tiene un par de transductores ultrasónicos ubicados a cada lado de la muestra que se pueden girar usando un motor paso a paso .
El tiempo de vuelo de un pulso ultrasónico que se ha transmitido a través del material se mide mediante un temporizador electrónico que determina el inicio del pulso transmitido y el inicio del pulso recibido mediante detección de umbral. Este temporizador suele tener una precisión de microsegundos o mejor resolución.
Al girar la muestra, se pueden obtener mediciones del tiempo de vuelo en un rango de ángulos de incidencia, típicamente hasta 40 grados. Desde el momento del vuelo, la velocidad de fase se puede determinar en función del ángulo de incidencia del pulso ultrasónico.
Usando las ecuaciones de Christoffel , los datos medidos se pueden ajustar usando un método numérico de mínimos cuadrados para determinar seis de las nueve constantes elásticas.
Al cortar el material compuesto y reorganizar los cortes, el método se puede volver a aplicar para obtener las tres constantes restantes que no se encontraron en las medidas originales.
Referencias
- Zimmer JE, Cost JR. "Determinación de las constantes elásticas de un compuesto de fibra unidireccional mediante mediciones de velocidad ultrasónica", en Journal of the Acoustical Society of America 47, 795–803 (1970)
- Enderby MD, Clarke AR, Patel M, Ogden P, Johnson AA, "Una técnica de inmersión ultrasónica automatizada para la determinación de constantes elásticas tridimensionales de compuestos poliméricos", en Ultrasonics, 1998, vol. 36, no 1–5 (8 ref.), Págs. 245–249.
- Goldmann T, Seiner H, Landa M, "Determinación experimental de coeficientes elásticos de hueso bovino seco", en Bulletin of Applied Mechanics 4, 262-275 (2005)