基于超声波水浸点聚焦探头测量材料弹性模量的方法

弹性模量是表征与评定材料力学性能的基础,本文基于超声波斜入射至异质界面时的波型转换原理,提出了测量材料弹性模量的方法.当超声纵波以小于第一临界角的角度入射至材料时,可在材料的底面和水的界面产生反射纵波与反射横波.通过计算材料表面回波与反射纵波、反射横波之间的声时差,并结合材料的厚度值可计算得到材料的纵波声速与横波声速,进而获得弹性模量与泊松比的数值.本文对厚度约2 mm的轧制铝和镍试样进行了超声测量,结果表明:弹性模量、泊松比的测量值与理论值之间的相对误差分别小于2%,6%.     

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.     

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     

声弹性法测量铝合金预拉伸板中的应力

研究温度和应力对7050铝合金预拉伸板中的超声纵波、偏振横波和临界折射纵波传播速度的影响,并分析不同频率临界折射纵波在梯度应力场中的传播规律。结果表明:温度对声速的影响大于声弹效应的影响;单轴拉伸时,沿轴向传播的临界折射纵波、平行轴向偏振的横波的速度降低,垂直应力方向偏振横波的速度升高,垂直轴向传播的纵波速度变化不大;临界折射纵波的频率越高,其所反映的应力越接近表面;声弹性法测得的应力是声传播路径上各点应力在超声波造成的质点振动方向上分量的综合反映。     

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。     

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%。     

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。      

一种由横波激发的特殊非线性声现象

目前对非线性超声的研究多集中在纵波激发的谐波性质以及对材料微观结构变化的实验检测上,横波激发的非线性声波性质少有研究。对横波激发的一维非线性声波方程入手,利用摄动法求解该方程,并改写为一阶偏微分方程,然后利用交错网格的有限差分形式进行数值求解。结果表明:采用横波激发,能产生线性横波和非线性纵波,且纵波的高次谐波内有两个信号,分别以纵波和横波两种速度传播。若采用较长的激发信号,纵波谐波能形成"拍"现象,成为一种奇特的声传播现象。     

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。     

奥氏体不锈钢焊缝超声回波信号的匹配追踪处理

研究了奥氏体不锈钢焊缝组织的金相显微结构及其对超声检测的影响,利用超声相控阵检测技术对定制的奥氏体不锈钢对接焊接接头对比试块中不同深度(10、30、50、70 mm)、φ2 mm×30 mm的横通孔缺陷进行了不同波型(横波和纵波)的检测,采用匹配追踪后处理方法对超声回波信号进行了处理。结果显示:奥氏体不锈钢焊缝组织结构复杂,晶粒粗大,各向异性明显,对超声检测产生严重的声能衰减,纵波检测奥氏体不锈钢焊缝中较深缺陷(50 mm)的能力强于横波检测,且匹配追踪对奥氏体不锈钢焊缝超声检测回波信号的处理不仅能有效抑制噪声信号、提高信噪比,还能提取出被淹没在噪声信号中的缺陷信号。     

纵波脉冲回波法和兰姆波法在表征薄层结构中的应用比较

介绍了两种常用的材料薄层超声表征方法——纵波脉冲回波法和兰姆波法。阐述了其基本原理，并结合实例比较了它们的应用情况、优缺点和适用条件等。纵波脉冲回波法简单易行，能够获得薄层厚度、声速和衰减等信息。但实验结果受薄层介质的声衰减和表面粗糙度影响较大，对探头的性能要求较高。兰姆波法主要用于表征薄板类材料，无需较高检测频率，可以测得板中纵波和横波的声速、板厚和板与板之间的结合特性等，检测精度较高。缺点是发射和接收探头之间的距离和倾斜角度需要严格控制，影响因素较多。     

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。     

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.     

从声波全波列测井曲线提取横波时差的计算方法分析

长源距声波全波列测井通过时间序列上的采样,使得纵波、横波和斯通利波波至在时间序列上产生了明显的分离,但分离的同时,横波和斯通利波等又叠加在纵波波形之上,从而使横波的提取变得比较困难。本文主要介绍和讨论了几种从声波全波列波形曲线中提取横波时差的方法,用于在声波全波列曲线中提取横波信息。相关对比法计算横波时差时,对于横波幅度较大而伪瑞利波幅度较小的地层,计算结果比较精确。长短时窗能量比法针对噪声、纵波、横波在速度、幅度、频率及相位上的差异来识别首波。慢度-时间相关法不受首波到达时间步长与慢度步长大小的影响,减少人为干预,处理结果稳定。     

地层岩心弹性力学参数及主应力方向的超声波测定

文章主要讨论了通过测量超声纵波、横波在地层岩心中的传播速度获取地层岩心弹性力学参数、确定地层岩心主应力方向的原理和方法，并通过对胜利油田五个区块、不同井深地层岩心的实际测量，结合地磁定向，给出了相应岩心主应力相对于地理北极的方向。     

固体中圆柱形孔脉冲超声波散射的有限元模拟

建立了半无限各向同性弹性固体的具有吸收边界的二维平面应变有限元模型,计算研究了入射平面脉冲超声纵波和横波在固体中横向圆柱形孔上的散射。计算结果以位移场波场快照和位移散度场(纵波)、位移旋度场(横波)波场快照的形式给出,与现有动态光弹实验照片进行了比较,符合得较好。通过对计算数据的处理,清晰地看到了入射纵波沿孔壁的螺旋旋转爬行,证实了理论预计,弥补了光弹实验结果的不足。     

弹性波在横向受限的固态声子晶体中的传输特性

对横向受限的一维固态声子晶体，得出了弹性波在其中传输时的模式数所满足的条件，并利用多层介质的转移矩阵计算了纵波入射时，不同模式下透射波的透射系数随弹性波频率变化的特点：出现声子禁带；不同模式的禁带宽度并不完全相同。横波入射时中心频率以下全为禁带，1倍中心频率以下没有透射峰出现。     

超声反射法测量混凝土厚度

一 、前言 在超声检测领域中,反射法占有重要地位,而准确地提取材料中各界面的反射回波声时(或谐频),则是反射法超声检测的一个基本课题。 对于低衰减、非频散的均匀介质材料,反射法超声检测已很成熟,而对于高衰减、频散严重的多相材料体系,如混凝土等,由于有用回波信号衰减过快:频散及模式转换,使得有用信号微弱且伴有畸变,很难予以分辨。 本文试图采用几种超声反射方法来测量混凝土试样的厚度,比较了几种超声探头、冲击回波等接收信号的直读和波形信号处理方法。实验表明:1.普通窄带超声探头的直达与反射信号余振均很长,不能直接读出其厚…     

基于多模态展开的黏弹性材料复纵波波速反演方法

黏弹性材料广泛应用于水下航行器的降噪、减振或消声,精确获取其动力学参数的需求随着数值仿真技术发展而迅速提升.针对参数获取的声管测量方式,提出了一种使用复反射系数对黏弹性材料复纵波波速快速反演的方法.通过引入多模态展开方法,将复纵波波数超越方程的复平面搜根问题转化为展开系数系统矩阵特征值分解问题,推导出了三种典型背衬情况...     

基于经验模态分解的管道超声回波信号噪声消除

在管道超声无损检测中,超声回波信号往往受到电子噪声、结构噪声等噪声的影响,所以在分析缺陷回波信号时,必须对回波信号进行去噪处理.本文提出了一种新型的基于经验模态分解的方法对超声回波信号进行了良好的消噪处理.通过计算,超声回波信号的信噪比大约提高了11 dB.