粘滞固体滑移界面层的超声测量

超声纵波与横波分别垂直入射到固体间的Stokes流体滑移界面层时,其反射系数与界面层的特性(包括粘滞系数、体积弹性模量、厚度)或入射波的频率有关.通过对纵横波两种波型各自在粘滞流体界面层的反射特性的讨论,结合两种粘滞性不同的流体界面层试验测量结果,说明了使用纵横波测量滑移界面层粘滞性的不同特点.     

固体间不同厚度界面层的超声反射

将固体间界面层模拟为固体或流体薄层，本文讨论了界面层对斜入射纵波和横波的反射和透射，测量了垂直入射纵波的反射系统随声波频率的两铜块之间水界面层厚度的变化。理论和实验结果基本符合。     

激光增材制造合金钢力学性能超声纵波定量无损评价

目的研究采用超声无损检测方法定量评价激光增材制造合金钢的布氏硬度和抗拉强度。方法通过搭建高精度超声纵波声时测量系统,采用脉冲反射回波法测量不同热处理状态激光增材制造24CrNiMo合金钢标定试件的超声纵波传播声时,计算超声纵波声速;在考虑激光增材制造合金钢各向异性和成形界面对超声纵波传播特性影响的基础上,研究标定试件微观组织对超声纵波声速的影响,建立标定试件激光扫描方向布氏硬度、抗拉强度、微观组织与超声纵波声速之间的映射关系。结果建立了超声纵波评价硬度及抗拉强度的标定模型,并对标定模型预测误差进行验证,硬度及抗拉强度标定模型预测误差均小于10%,满足工程应用误差指标要求。结论采用超声纵波声速可以实现激光增材制造合金钢硬度及抗拉强度的定量评价与表征。     

电磁超声横波测量连铸钢坯壳厚度

为解决连铸坯壳厚度在线检测问题,提出采用电磁超声横波反射法检测连铸坯壳厚度。对电磁超声横波换能器的激发和接收过程进行模拟仿真,分析横波在连铸坯中的传播情况,获得横波在连铸钢坯内固液两相区分界面处的反射回波。以坯壳厚度为10～50 mm的Q460连铸小方坯为研究对象,通过有限元仿真软件COMSOL,仿真得出温度在800～1300℃范围内时横波速度随温度的变化曲线。根据被测对象内部的温度场分布,得出坯壳内平均声速。利用回波时间与平均声速计算坯壳厚度。实验证明,上述方法可用于测量连铸坯壳厚度,当声时测量误差在1～2μs时,厚度测量误差为2～5 mm。     

提高碳纤维增强树脂基复合材料弹性常数超声表征精度的方法

为提高碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP）单向板弹性常数的超声表征精度,基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟。首先,搭建了角度旋转测试装置,并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算;然后,通过模拟退火优化算法反演声速数据,得到了5个独立弹性常数;最后,利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证。结果表明:1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化,与1-2平面内的表现出明显差异,由此显示材料为横观各向同性的;独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97 GPa;理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4 m/s,实验数据波动范围小于0.33%,对应的弹性常数误差均小于0.47%。相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试。      

基于声压反射系数幅度谱匹配分析的薄层厚度和超声纵波声速双参数反演EI北大核心CSCD

针对薄层材料超声测厚过程中回波信号混叠、超声纵波声速未知导致薄层厚度无法测量的问题,提出一种基于声压反射系数幅度谱（Ultrasonic Reflection Coefficient Amplitude Spectrum,URCAS）匹配分析技术同时测量薄层厚度和超声纵波声速的方法。采用相关系数法对薄层试样实测声压反射系数幅度谱和理论声压反射系数幅度谱在超声检测有效频带范围内逐一进行匹配分析,通过反演计算得到相关系数最大值点对应的超声检测参数,最终实现薄层厚度和超声纵波声速的同时表征。利用该方法对铝合金基体上的雷达吸波涂层（Radar Absorbing Coatings,RAC）进行实验测试及信号分析。结果表明：该方法可以有效实现混叠信号中超声特征参量的提取,反演得到吸波涂层厚度与千分尺测量厚度间相对误差为2.53%-3.72%、纵波声速测量相对误差为2.51%-3.75%。     

聚丙烯/纳米蒙脱土复合材料的超声研究

文章对用溶体插层方法制备的聚丙烯／蒙脱土纳米复合材料进行了超声实验研究。对一组采用不同蒙脱土掺杂比及不同方法掺杂的样品用超声脉冲回波法和声显微法测量了在不同频率下的纵波、横波声速,计算了这组样品的剪切模量、杨氏模量、泊松比和声品质因数,并据此分析了材料的特点。     

板状粘接结构中对称和反对称纵波与界面的相互作用

为了激发粘接结构中的导波或界面波,通常需要将声波从两半无限介质同相位或反相位地同时入射多层系统。针对此问题,基于矩阵方法,推导了界面处于理想连接的情况下,对称或反对称纵波从上下半无限空间入射时,三层板状粘接结构中纵、横波的反射与透射系数表达式。分析了入射角度、粘接层厚度以及基体材料等对声波反射(或透射)特性的影响。结果表明,对称或反对称纵波垂直入射时不发生波型转换。粘接结构中声波的反射(或透射)特性与入射角度、频率以及粘接层厚度等参数密切相关。在相同的粘接层厚度(或频率)范围内,随着声波频率(或粘接层厚度)的增加,谐振频率曲线向低频漂移。该方法可作为粘接结构中体波或导波传播特性研究的重要理论基础。     

复合材料弹性模量的激光超声测量方法研究

本文利用激光超声方法来测量碳纤维/环氧树脂复合材料的弹性模量,详细介绍了测量原理和测量系统.利用Q值可调的Nd∶YAG脉冲激光器在复合材料试件中激发超声波,超声波由激光超声接收仪接收,经过解调器后在数字示波器上显示,获取超声声速.根据超声声速与材料弹性模量之间的固有关系,可以反演材料的弹性模量.实验表明,利用激光超声方法获得的测量结果与采用动态法得到的理论参考值相吻合,偏差在3%以内,并且操作简单可行.     

低频多模式超声兰姆波超薄弹性层定征方法

提出了用低频多模式超声兰姆波定征方法来估计超薄弹性层的纵波声速、横波声速、厚度和密度等参数。这里“超薄”是指材料厚度ｈ远小于材料中的声波波长λ,由此导致地时域上材料前后界面的各次回波信号相互混选。中采用水浸耦合方式,结合空间波场设计和泄漏兰姆波频域分析方法获取了材料零阶对称与反对称模式兰姆波色散曲线,并以色散特性为基础的零阶对称模式兰姆波定征方法、简化方法、零阶反对称模式兰姆波定征方法和最小二乘     

粘接结构中垂直入射纵波的准静态模型解

研究了板状粘接结构中垂直入射纵波的准静态模型解。在将粘接界面简化为准静态模型（QSM）的情况下,推导了界面为完好连接且上下基体为同种材料的板状粘接结构中垂直入射纵波的声反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行了比较以阐释准静态模型的适用条件;接着分析了法向刚度系数和界面相对质量的变化对纵波反射和透射特性的影响。结果表明,在特定频率下,随着刚度系数或界面相对质量的增加,纵波的反射和透射系数的幅值分别减小和增大至某一稳定值。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论指导。     

超薄弹性层低频超声频域定征方法

本文提出一种定量无损估计超薄弹性层声速、厚度和密度参数的低频超声波频域定征方法。这里“超薄”的概念是指材料厚度远小于材料中声波波长，导致在时域上材料前后界面的多次回波信号相互混迭。本文采用超声纵波垂直入射超薄层材料，分析了水浸耦合和耦合剂耦合两种情况下，材料反射波和透射波的组成，定义和推导了材料的反射与透射传递函数，提出了在最小二乘误差意义上分别使用材料传递函数幅度谱、相位谱和复谱对各参数进行反向估计的算法，分析了影响估计准确性的各种因素，研究了灵敏度函数在误差传递中的意义。实验结果表明该方法能够对厚度小于百分之一声波波长的超薄弹性层进行无损定征。     

声学法测量复合绝缘子弹性常数

提出了一种实用的声学法测量复合材料弹性常数的方法.依据复合材料中声波速度与材料弹性常数之间的本构关系,测量不同传播方向的少数几个声速,就可以得到其弹性常数矩阵.以复合绝缘子为测量样品,为提高测量横波的精度,根据超声波在边界上的波型转换条件,使用常规纵波探头对由掠入射纵波产生的横波进行测量.     

应用超声声压透射系数谱反演薄板的弹性模量

基于超声波在层状介质中传播规律,建立理论声压透射系数Tp与材料弹性模量E的相关性.采用超声水浸技术测定微米厚薄板的双透射信号,通过信号分析获得实验声压透射系数Te,应用非线性最小二乘法反演薄板的弹性模量,并与声速法测量得到的弹性模量进行比较.结果表明:将反演的弹性模量代入到Tp中,发现在有效频带范围内Tp与Te吻合较好;反演获得的弹性模量值与声速法测定结果较接近,偏差介于1.4%和8.2%之间;实验证明了该方法可作为薄层材料弹性模量检测方法的一种补充.     

超声法研究Cu基块体非晶合金的弹性性能

用铜模吸铸法制备了直径为3mm的Cu基块体非晶合金,利用热分析方法测得了合金的热力学参数,采用超声水浸聚焦方法测得了合金的纵波及横波声速,由此计算并比较了不同成分含量块体非晶合金的弹性性能参数.发现不同成分含量合金的声速及弹性模量与玻璃转变温度Tg及约化晶化温度Tx/Tm的变化规律是一致的;同时随着第三组元Al含量的增加,弹性模量也呈现递增的趋势.     

超薄覆层低频超声类瑞利波定征方法

本文提出低频超声类瑞利波定征方法来估计覆层／基层层状复合结构超薄覆层的纵波声速,横波声速,厚度和密度等参数。这里“超薄”的概念是指覆层厚度ｈ远小于覆层中的声波波长λ,导致在时域上覆层前后界面的各次回波信号相互混迭。文章采用水楔耦合方式,利用超声漏类瑞利波频域分析方法获取层状复合结构超声类瑞利波色散曲线,提出以色散特性为基础的低频超声类瑞利波覆层定征方法和在最小二乘意义下以色散曲线为基础的反向算法对     

声波由粘弹性介质向流体介质入射情况下的声反射分析

在研究含腔体的结构的声学特性时,会遇到声波从粘弹性介质向流体介质入射的情况。主要研究了声波从粘弹性介质向流体介质斜入射情况下的声反射特性,分析表明：反射声波中有横波和纵波同时存在,纵波声压反射系数随入射角度的增大逐渐增大,横波的声压反射系数随入射角度的增加先增大后减小,在垂直入射时只有纵波,而没有横波存在。这些结论为进一步研究带空腔结构的声学特性打下了基础。     

纵波在含有线性粘滞粘接层的粘接结构中的传播

研究了纵波垂直入射上下基体为同种介质且含有线性粘滞粘接层的三层板状粘接结构时声波的反射和透射特性,基于粘接界面的准静态模型(QSM)并结合各向同性线性粘滞体的本构方程,导出了含有粘滞系数和体积弹性模量的纵波反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行对比,研究了准静态模型的适用条件。其次在界面处于不同接触形式(完好连接和粘滞型弱粘接)的情况下,分别讨论了考虑和不考虑界面相对质量对声反射和透射特性的影响。接着分析了粘滞粘接层参数的变化对纵波反射和透射特性的影响。最后在不大于0.1 MHz-mm的较小频厚积范围内简要阐述了如何鉴别界面形式。结果表明,准静态模型适用于较小频厚积的检测;是否考虑界面的相对质量对纵波的反射和透射特性影响不大;在特定的频厚积下,利用纵波的反射或透射系数方法结合准静态模型可有效辨别界面形式。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论参考。     

基于信号相关法的材料弹性常数无损测量

研究了信号相关法在超声法材料声弹性常数测量中回波时间差的自动识别计算.通过计算机模拟的方法,分别采用信号插值、相关系数拟合两种相关系数峰值提取方法,对相关运算算法的精度、抗噪声能力、稳定性进行了验证和比较.在实验部分通过计算横波、纵波在各向同性试件中传播的回波时间差,得出超声横波、纵波波速,根据声弹性理论最终计算出材料...     

基于超声导波反演参数定征皮质骨骨质状况研究

骨质疏松发生时，人体皮质骨层的孔隙度将增大。为研究皮质骨参数（厚度、横波速度、纵波速度）与骨质疏松症的关系，文章利用有限元方法对不同孔隙度（0∶3%∶27%）的单层皮质骨进行仿真，以3个周期的高斯包络正弦波作为激励，将采集到的超声导波信号先后经过二维傅里叶变换和Burg算法处理后得到频散数据，与基于FloquetBloch理论建立的理论频散曲线数据库进行匹配反演，得到皮质骨厚度、横波速度、纵波速度参数。结果显示皮质骨厚度反演准确，皮质骨孔隙度与横波速度和纵波速度呈负相关，横波速度敏感度为19.0%，纵波速度敏感度为5.5%。横波速度敏感度更高，临床诊断潜力更大。并对6组牛胫骨进行了离体实验，结果显示，反演得到的皮质骨厚度与其实际测量值的平均相对误差为4.0%，且实验频散曲线与理论频散曲线相吻合，验证了文中算法在真实皮质骨参数反演上的可行性和准确性。文中的研究在骨质疏松超声检测中具有应用潜力。