[发明专利]超声激励下固体平板振动特性的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于超声红外热像技术中的振动机理研究技术领域，具体涉及一种超声激励下固体平板振动特性的分析方法。

背景技术

超声红外热像技术是一种新型的无损检测技术，该技术采用超声换能器激励含有裂纹等缺陷的被测对象。以一定的预紧力压迫超声换能器通过工具杆，激起被测对象内部振动，传播到缺陷区域时，缺陷引起振动能量损耗而产生热量，热像仪用以捕捉由热量传播导致被测对象表面温度异常信号，从而对缺陷的位置、程度等信息进行检测和判断。当被测对象受到超声激励时，由于超声换能器工具杆和被测对象并非刚性连接，因此在工具杆和被测对象的振动中不仅仅有激励频率成分，还包含谐波、亚谐波等频率成分，属于非线性振动的混沌振动。实验表明：被测对象中混沌的存在能够极大地增强缺陷检测效果。为研究超声激励下被测对象的振动特性，围绕常见的固体平板，建立一种力学模型，结果表明本力学模型用来研究超声激励下超谐波及亚谐波响应等非线性现象的产生是可行的，同时，在忽略材料内部非线性的前提下得到的结果同样表明了非线性现象的产生的主要原因是接触碰撞，而并非源自于材料内部的非线性因素。

由于在碰撞过程中，总要出现发热、发光、发声等物理现象，许多材料经过碰撞后总保留或多或少的残余变形，在一般情况下，物体将损失动能，或者说物体在碰撞结束时的速度小于碰撞开始时的速度。因此，动能守恒定律在这里并不适用。再者，实际上固体平板的振动必然对工具杆端面的振动状态产生影响，而且被测平板的振动状态才是决定裂纹生热的直接因素，所以必须考虑被测对象振动的影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种超声激励下固体平板振动特性的分析方法，设计以预紧力F₀压迫超声换能器对固体平板进行激励，计算任意时刻t所述超声换能器的工具杆端面的位移与速度，以及固体平板中正对于工具杆端面位置的微小单元的位移与速度，所述工具杆等效为质量为m₁、长度为L₀且两端以A₀(sin wt)进行伸缩的质量块，固体平板中正对于工具杆端面、厚度为D的微小单元等效为质量为m₂的质量块，固体平板中其它部分对质量块m₂的作用等效为弹性系数为K的弹簧以及阻尼系数为C弹簧阻尼。其特征在于，质量块m₁和质量块m₂的运动过程包括交替进行的碰撞运动阶段和共同运动阶段，其中，所述碰撞运动阶段中，质量块m₁与质量块m₂碰撞和弹开交替进行，所述共同运动阶段中，质量块m₁和质量块m₂结合在一起共同运动，在碰撞运动阶段，当质量块m₁和质量块m₂碰撞后的速度差小于设定阈值时，所述碰撞运动阶段转换为共同运动阶段，当质量块m₁和质量块m₂在所述共同运动阶段中弹开时，共同运动阶段转换为碰撞运动阶段。

在本发明的实施例中，当质量块m₁和质量块m₂处于碰撞运动阶段时，质量块m₁和质量块m₂在t_i时刻发生第i次碰撞，质量块m₁的第一运动位移x₁(t)和质量块m₂的第二运动位移x₂(t)分别表示为：