[发明专利]利用反相对表面波检测材料表面微损伤的方法

说明书

本发明属于非线性超声检测领域，尤其是利用反相对表面波检测材料表面微损伤的方法。利用两个表面波探头由试件两端同时沿着相对方向激励相位相差的表面波信号，在试件中间进行接收；接收到的信号中基波由于相位相反而抵消，二次谐波被完整的保留下来，进而可以直接利用二次谐波幅值来代替相对超声非线性系数来表征材料微损伤程度；该相对超声非线性系数随着材料表面微损伤长度和数目变化存在相对应的变化关系，利用该关系可以检测材料表面微损伤长度和数目变化情况，预测材料的使用寿命。

技术领域

本发明属于非线性超声检测领域，尤其是利用反相对表面波检测材料表面微损伤的方法。

背景技术

一般来说，固体材料由于晶体、晶体缺陷或其他微损伤的存在而存在非线性的特征，其非线性一般通过材料高阶弹性常数来描述。由于固体材料的非线性，单一频率超声波在固体材料内部传播时会与材料内部微损伤产生非线性相互作用，从而产生二次谐波。为了有效反应这一特点，定义超声非线性系数β表征材料内部微损伤程度。对于给定的波数k和传播距离x，通过对基波A₁和二次谐波幅值A₂的测量，就可以确定材料的超声非线性系数。

为研究方便，直接采用相对超声非线性系数来表征超声非线性系数的变化情况。

目前的非线性表面波检测结果中二次谐波幅值A₂与基波幅值A₁相比相对较小，提取二次谐波时误差较大。由相对超声非线性系数计算公式可知，要同时得出A₁与A₂幅值并且通过计算才能得出相对超声非线性系数，计算相对超声非线性系数较麻烦，过程较为繁琐。而且目前的非线性表面波检测方法中采用的是单一探头单向激励表面波，检测距离小，检测效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供利用反相对表面波检测材料表面微损伤的方法，利用两个表面波探头由试件两端同时沿着相对方向激励相位相差π的表面波信号，在试件中间进行接收表面波信号；

接收到的表面波信号中基波由于相位相反而抵消，二次谐波被完整的保留下来且相互叠加，进而可以直接利用叠加的二次谐波幅值来代替相对超声非线性系数来表征材料内部微损伤程度；

该相对超声非线性系数随着材料表面微损伤的长度和数目变化趋势，与材料表面微损伤的长度和数目存在对应关系，利用该变化关系可以检测材料表面微损伤长度和数目变化情况，预测材料的使用寿命；

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

利用反相对表面波检测材料表面微损伤的方法，该方法是按照如下步骤实现的：

利用两个表面波探头由试件两端沿相对方向同时激励相位相差π的表面波信号；

在试件的中点处用一个中心频率为激励频率二倍的纵波直探头进行信号采集；

对采集到的表面波信号进行快速傅里叶变换，并记录二次谐波幅值，二次谐波幅值等同于相对超声非线性系数来表征材料内部微损伤程度；

当材料内部没有损伤时，单一频率超声波在固体材料中传播时不会产生二次谐波，此时相对超声非线性系数为零；当材料内部有微损伤时，相对超声非线性系数会随微损伤的变化而变化；

相对超声非线性系数与材料表面微损伤的长度的关系测定：对上述同一试件，仅改变微损伤的长度，长度取值在一定范围内，对每一微损伤长度测定唯一对应的相对超声非线性系数，得到相对超声非线性系数随微损伤长度增加的变化趋势；

相对超声非线性系数与材料表面微损伤数目的关系测定：对上述同一试件，仅改变微损伤的数目，数目取值在一定范围内，该微损伤沿试件的中点处对称设置，对每一微损伤数目测定唯一对应的相对超声非线性系数，得到相对超声非线性系数随微损伤数目增加的变化趋势。