[发明专利]一种基于单纯形法的各向同性薄板材料弹性性质获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单纯形法获取涂层材料弹性系数方法，属于超声导波无损检测与评估领域。

背景技术

随着材料科学的发展，各种新型材料不断涌现，许多材料表现出超常的力学性能，因此，材料的力学性能测试是材料科学中的一个重要组成部分。研究表明，材料的弹性系数与材料制备工艺密切相关。利用超声波对材料弹性性质进行测量是无损检测领域很有前景的测量方法之一。在各向同性均质薄板材料中，超声波的传播具有频散特性，而该特性又包含了大量材料机械性质的信息，因此通过波速与波长或频率的关系——即频散曲线，即可反演出薄板材料的机械性质，如厚度、密度、纵波波速、横波波速等。

基于声学显微镜技术，自行开发的材料弹性系数的超声测量系统，采用线聚焦PVDF探头，通过纵波和表面波波速的同时测量，可实现材料的弹性系数无损检测。通过一种新的反演算法，利用该线聚焦超声探头来获取薄板材料的弹性性质。该方法基于单纯形法诱导目标函数于频散特征方程的系数矩阵行列式中，弹性性质（杨氏模量E，剪切模量G）与式样密度都可以通过声学性质（纵波波速，横波波速）及所测密度来获得。

发明内容

本发明的目的是为了解决各向同性薄板材料波速提取的问题，提出一种先进的材料波速提取方法。

步骤1：确立仿真目标函数

通过实验获得的频率f与表面波波速c与改变C_L,C_T,ρ,h后的残差值进行叠加，经过叠加后的目标函数在某一组C_L,C_T,ρ,h值时最小，此时可反演出其横、纵波波速，镀层密度、镀层厚度。

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步骤2：搭建测试系统。

为了方便散焦步进测量，搭建了一套进行散焦步进测量的测试系统，如图1所示。该测试系统主要包括：试样1、水槽与水2、换能器3、移动平台4、脉冲激励/接收仪5、示波器6、GPIB总线7、PXI总控制系统8、移动伺服马达9、旋转轴10。其中，在移动平台4下面安装换能器3，换能器3与脉冲激励/接收仪5相连，脉冲激励/接收仪5与示波器6相连，示波器6通过GPIB总线7与PXI总控制系统8相连，PXI总控制系统8与移动伺服马达9相连，同时PXI总控制系统8与旋转轴10相连。

步骤3：聚焦面数据采集。

将被测试样置于换能器的聚焦面，脉冲激励/接收仪5在发出一个带宽为10-200MHz的脉冲后转换为接收状态，当接收到反射信号后，将信号传输进示波器6，示波器的采样频率为f_S，f_S为0.5-5GHz，采样点数为N_s，N_s的取值范围为10000-100000点。经过示波器的低通滤波后，通过GPIB总线7存储进PXI总控制系统8。

步骤4：散焦测量。