[发明专利]粘接结构中界面刚度的超声波测量方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种粘接结构界面刚度超声波测量方法。

背景技术

粘接结构在航空、航天、军工以及机械等众多领域被广泛应用和研究，粘接层界面脱粘及在使用过程中界面强度降低是影响粘接结构的重要因素，也是无损检测领域，对粘接层界面的粘接质量进行检测与评价的重要因素之一。

超声波方法不能直接测量粘接强度，对于弱粘接强度的测量更加困难，但可对胶层的刚度系数、厚度、衰减等进行测量，而这些量在一定条件下能够间接地反映粘接界面平均强度大小。粘接结构在机械领域的使用也逐渐增多，常规钢材在历史上一直是用于制造车辆结构的关键材料。为了能满足人们对车辆安全性更高、噪声更小的需求，设计中通常采用重型钢结构部件，以符合抗冲撞性及耐久性标准。结果造成车辆重量加大，而且也使燃料的使用效率降低。重型钢结构部件通常采用铆接和焊接技术，进一步加大了车辆的重量。为了解决上述问题，众多公司利用先进的钢材进行粘接，解决了铆接和焊接所产生的应力集中、燃料的使用效率降低等问题。可见，粘接结构的健康状况的好坏直接影响这些结构的耐久性和整体安全性。在服役期间，由于承受不同类型的荷载、材料特性及环境条件的影响等原因，使粘接界面的强度下降，造成粘接界面的刚度降低，从而使粘接结构处于不良的工作状态甚至导致整个结构的破坏。因此，对粘接结构界面刚度系数的大小测量显得十分重要。

目前利用超声波检测粘接结构的研究已取得了一定进展，证实了超声波用于界面刚度系数测量的可行性及发展潜力。但目前所有的研究成果中全部是粘接界面的脱粘和完好粘接，很少部分机构研究了弱粘接结构，这些研究中对界面的刚度系数并没有进行合理的选取。Michaloudaki等学者在2005年International Journal of Adhesion & Adhesives发表的文章“Neutron imaging as a tool for the non-destructive evaluation of adhesive joints in aluminum”，Paul等学者在2007年J.Acoust.Soc.Am发表的文章“Reconstructing the adhesion stiffnessdistribution in a laminated elastic plate：Exact and approximate inverse scattering solutions”和王小民等学者在2009年应用声学发表的文章“等厚铝板粘接件超声反射频谱的低频特征”等发表的文章中对界面刚度系数未进行准确的测量。

这些已发表或公开的研究成果并为充分利用粘接界面处于完好粘接(理想粘接)及界面脱粘的界面特性，没有对界面多次反射回波所引起的谐振频率进行优化选取。本发明的目的就是通过选择不同频段的谐振频率和粘接界面反射回波的反射系数变化较敏感的特点，对粘接结构界面处于脱粘区、弱粘接区及理想粘接区进行精确测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决先进钢材界面粘接刚度的大小无法准确和在役测量的现状，对先进钢材的粘接健康状况和界面刚度进行评估，提出一种先进钢材粘接的界面刚度超声波测量方法。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

步骤1)：确定检测粘接界面的谐振频率

利用波动方程得到粘接结构中波传播时的应力和位移表达式(1)和(2)，然后根据粘接界面连续的连接条件(3)得到反射系数的表达式(4)。

(a)粘接界面的位移和应力表达式：