双编织尼龙绳中的超声波传播速度

在直径从0.535厘米（14英寸）到1.588厘米（58英寸）的新型Samson双编织二合一尼龙绳中测量超声波速度。两个谐振频率为30kHz的谐振频率换能器安装在负载绳索上，并以不同的距离和相对圆周位置隔开。将脉冲电压引入输入换能器，并根据输出换能器的响应来评估波速。输出信号表现为复杂的波包，最大振幅峰值的到达时间比第一个可检测峰值晚得多。对应于第一个峰值到达的波速随着绳索张力的增加而增加，范围从1700 m s−1到4500 m s−1。给定绳索张力下的波速随循环载荷而增加，而给定绳索应变下的波速则随循环载荷降低。这种负载历史依赖性在更高的绳索张力下以及在新绳索上的三个负载循环后变得不那么明显。在任何给定的应变下，对应于第一个峰值到达的波速几乎与绳索直径无关。与第一峰值的到达相对应的波速也是通过绳索内部传播的路径角的函数。沿着绳索表面上的发电机测量的波速是在绳索直径上测量的波速的2.33倍。纵波速度的值是通过测量绳索中的模量来预测的，并假设绳索充当均匀的弹性杆。预测的波浪速度与对应于第一个峰值到达的波浪速度的平均百分比偏差为13.2%，百分比偏差随着绳索张力增加到10%或更小而减小。与第一峰值的到达相对应的波速比与最大振幅峰值的到达对应的视在波速快得多，两种速度的平均比率为4.1。通过假设绳索在横向振动中充当均匀拉紧的绳索来预测的波速与对应于最大振幅峰值的到达的表观波速的平均百分比偏差为47.9%，在较高的绳索张力下，百分比偏差减小到约30%。因此，双编织尼龙绳中的超声波速度受到张力、应变和载荷历史的显著影响。在使用超声波和声发射进行无损评估时，应考虑这些影响。这些效应还表明，可以通过波速测量来监测绳索中的张力和/或应变。