[发明专利]粘接结构中界面粘接应力的超声波测量方法

权利要求书

1.粘接结构中界面粘接应力的超声波测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

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位移表达式①和应力表达式②，然后根据粘接界面连续的连接条件表达式③得到反射系数的表达式④，如下：

(a)粘接界面的位移和应力表达式：

u=u(1)=Iei(k1x-ωt)+ARe-i(k1x+ωt)u(2)=ATei(k2x-ωt)]]>①

σ=σx(1)=i(λ1+2μ1)·k1[Iei(k1x-ωt)-ARe-i(k1x+ωt)]σx(2)=i(λ2+2μ2)·k2·ATei(k2x-ωt)]]>②

(b)粘接界面的连接条件表达式：

u(1)=u(2)σx(1)=σx(2)]]>③

(c)通过上述方程得到界面一次反射回波的反射系数表达式：

R1=z2L-z1Lz1L+z2L]]>④

其中，I、A_R和A_T为幅值；f为频率；μ₁、μ₂、λ₁和λ₂分别为固体和粘接层处的Lame常数；z_1L＝ρ₁c_1L、z_2L＝ρ₂c_2L，z_1L和z_2L分别为固体和粘接层的阻抗，ρ₁和ρ₂为固体和粘接层的密度，c_1L和c_2L分别为固体和粘接层的纵波波速；R₁为反射系数；u⁽¹⁾和u⁽²⁾分别为固体和粘接层中波传播的位移；和为固体和粘接层中波传播的应力；

粘接界面利用弹簧模型的连接条件表达式⑤得到反射系数表达式⑥：

σx(1)=σx(2)=KN(u(1)-u(2))]]>⑤

R2=z2L-z1L+2πfiz2Lz1L/KNz2L+z1L-2πfiz2Lz1L/KN]]>⑥

粘接界面存在多次反射回波时，粘接界面利用弹簧模型的连接条件表达式⑤得到反射系数的表达式⑦：

|R3|=|z2L-z1L+2πfiz1Lz2L/KNz2L+z1L-2πfiz1Lz2L/KN+(z2L-z1L+2πfiz1Lz2L/KNz2L+z1L-2πfiz1Lz2L/KN)e-2ik2d1+(z2L-z1L+2πfiz1Lz2L/KNz2L+z1L-2πfiz1Lz2L/KN)(z2L-z1L+2πfiz1Lz2L/KNz2L+z1L-2πfiz1Lz2L/KN)e-2ik2d|]]>⑦

其中，K_N为粘接界面的法向刚度系数；R₂和R₃分别为粘接界面一次和多次的反射系数；d为粘接层厚度；k₂为波数；

对表达式⑦求极小值，从而得到表达式⑧：

fd=c2L(2n-1)4×103]]>⑧

其中，n为谐振频率的阶数，为大于等于1的自然数，当n选定后，谐振频率与粘接层厚度的乘积为常数，d为粘接层厚度，单位为毫米；通过粘接层介质的纵波波速带入表达式⑧中可以确定粘接界面刚度检测的谐振频率；

步骤2)：粘接界面粘接应力的测定

通过大量实验，确定粘接界面应力的计算公式为：

σ＝(1-|R₁|-|R₁|²+|R₁|³)(1-|R₁|)σ₀         ⑨

其中，σ₀＝A_maxK_N，A_max为脉冲信号位移幅值，K_N为粘接界面的法向刚度系数；它们分别利用下面的关系得出：

其中实际检测的脉冲信号的电压幅值与脉冲信号位移幅值A_max的转化关系为：1mv＝6nm，理论上的K_N值通过表达式④等于表达式⑥可以得出；

步骤3)：由函数发生器(4)产生一个中心频率可调的高斯脉冲波，激励频率为步骤1)得到的谐振频率；

步骤4)：激励信号经功率放大器(3)进行功率放大后，传入自激励自接收传感器(2)；

步骤5)：自激励自接收传感器(2)高斯脉冲波信号传入粘接结构(1)中不断的传播，并使其在粘接结构(1)中多次的反射；

步骤6)：自激励自接收传感器(2)接收高斯脉冲波在粘接结构(1)中多次反射后的信号，在示波器(5)上显示，并存储到计算机(6)中；

步骤7)：利用一维小波包分析方法对接收到的时域信号进行消噪处理，分析高斯脉冲回波在粘接固体界面的回波，分别将反射系数、脉冲信号位移幅值A_max、刚度系数K_N带入表达式⑨中，从而得出粘接界面的粘接应力。