Measurement of elastic moduli from the impact sound of ceramic matrix composites at elevated temperatures

Abstract

A simple instrumentation system is developed for determining the elastic moduli of ceramic matrix composites from the sound produced by the impact of a sphere on a specimen which is suspended by thin ceramic threads in a furnace. The natural frequencies of the flexural and torsional vibration modes are measured from the impact sound by using a fast Fourier transform analyzer. Elastic moduli are then computed from these frequencies using Timoshenko's beam theory and also Saint-Venant's torsion theory. Two or three specimens are cut out from different orientations of the test materials in order to measure anisotropic elastic moduli. The validity of the measurement method is demonstrated by preliminary tests on ceramic and metallic specimens of known elastic moduli. Ceramic matrix composites are tested at elevated temperatures up to 1,100 C and the temperature dependence of the elastic moduli is shown in the graphs.

炉内に薄いセラミックス線によりつるした試料に対する球の衝撃により発生する音によってセラミックス・マトリックス複合材料の弾性率を測定する簡単な装置を開発した。高速フーリエ変換アナライザを用いて曲げ、および、ねじれ振動モードの固有振動数を衝撃音から測定した。つぎに、ティモシェンコのビーム理論とセイント・ベナントのねじれ理論を用いて測定した振動数から弾性率を計算した。異方性弾性率を測定するために試験材料の異なった配向から2ないし3片の試料を切り取った。この測定方法の妥当性は弾性率が既知のセラミックスおよび金属の試料についての予備試験によって証明した。セラミックス・マトリックス複合材料について摂氏1100度までの高温で試験し、弾性率の温度依存性をグラフで示した。