[发明专利]一种固体材料单裂纹非线性超声系数表征方法

说明书

一种固体材料单裂纹非线性超声系数表征方法,其特征在于，包括以下步骤：对固体材料进行非线性超声测试；将获得的信号进行快速傅立叶变换计算系数非线性系数β’，通过非线性系数β’评价材料内的单个裂纹。本发明具有以下优点：(1)由裂纹与超声波相互作用的模型推导出的非线性超声系数β’，能够更准确的表征和材料内微裂纹的出现与发展；(2)与传统的非线性系数相比，本发明提出的非线性系数β’更方便结合裂纹长度、宽度和角度等几何相关信息，这在后期的检测结果分析具有重要的意。

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种固体材料单裂纹非线性超声系数表征方法。

背景技术

非线性超声检测是一种新兴的无损检测技术。根据研究的非线性声学现象的不同，非线性超声技术分为高次谐波法，同轴混频法、共振偏移法等。本发明所研究的主要内容属于高次谐波法的领域。

高次谐波技术主要是根据超声波在频谱中产生的高次倍频幅值评价材料的损伤。该技术具有操作相对简单、便捷，数据处理较容易的特点。同时，由于该技术对结构微观特征较为敏感，而检测过程中不可避免出现误差，这在很大程度上影响了试验的准确性。根据非线性超声的来源不同，将由晶体结构改变产生的非线性属于的经典非线性声学；由裂纹与超声波相互作用产生的非线性属于非经典非线性声学范畴。

如上所述，经典非线性的理论出现时间早，被人们更多地研究。然而，非线性非线性的研究较少，所依据的理论更多地借鉴经典非线性的相关研究。因此，本发明将从声-界面的有关模型出发，推导出针对固体材料中未粘接界面类型的损伤表征的指标，依据此指标能够更方便地反映出裂纹的几何特征，而这些特征是传统的非线性超声指标无能为力的。

发明内容

本发明目的在于提出一种非线性超声系数，以表征材料内存在的单个裂纹界面，该非线性超声系数是基于超声波穿过含裂纹体后出现的高次谐波特征。

本发明提供一种固体材料单裂纹非线性超声系数表征方法,包括以下步骤：

对固体材料进行非线性超声测试；

将获得的信号进行快速傅立叶变换；

计算系数非线性系数β’，

非线性系数β’定义为：

式中，

ξ＝sinθ-θcosθ表示二次谐波的超声效率，表示引起接触声非线性效应的相位阈值，E₀为线性弹性模量,γ表示线性弹性模量与裂纹界面弹性模量的差异,ε⁰为CAN效应产生的临界应变值,A₁为基波幅值，ω为测试信号主频，C_L为纵波波速；

通过非线性系数β’表征材料内的单个裂纹，所述通过非线性系数β’表征材料内的单个裂纹包括：

采用以下公式表征裂纹长度n，

β′∝n.；

采用以下公式表征裂纹宽度：

β′∝sinθ-θcosθ,

采用以下公式表征裂纹角度：

β′∝cos²α。

α为裂纹倾角。

与现有检测方法相比，本发明具有以下优点：(1)由裂纹与超声波相互作用的模型推导出的非线性超声系数β’，能够更准确的表征和材料内微裂纹的出现与发展；(2)与传统的非线性系数相比，本发明提出的非线性系数β’更方便结合裂纹长度、宽度和角度等几何相关信息，这在后期的检测结果分析具有重要的意。

附图说明

图1为非线性系数β’表征材料内单个裂纹流程图。