[发明专利]粘接结构中界面刚度的超声波测量方法

摘要

本发明涉及粘接结构界面刚度的超声波测量方法，属于无损检测技术领域。本发明利用粘接界面的反射回波确定反射系数，利用反射系数和谐振频率共同确定粘接结构处于脱粘区、弱粘接区及理想粘接区的刚度系数。通过粘接界面的多次反射回波的特点，选取谐振频率。利用该谐振频率作为检测先进钢材-粘接剂-先进钢材的中心频率。在该谐振频率下，粘接界面随着刚度的变化超声波回波信号不断的发生变化，充分利用界面的反射回波得出反射系数，进而求得界面的刚度系数，并且超声波测量的刚度误差小于5％。本发明解决了界面刚度系数大小无法快速、准确及在役测量的现状。

主权项

1.粘接结构中界面刚度的超声波测量方法，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应力和位移表达式(1)和(2)，然后根据粘接界面连续的连接条件(3)得到反射系数的表达式(4)：(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+ω)tσx(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(5)得到反射系数为(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(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,n=1,2,3...---(8)]]>其中，n为谐振频率的阶数，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)：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3)：激励信号经功率放大器(3)进行功率放大后，传入激励传感器(2)；步骤4)：激励传感器(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5)：激励传感器(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6)：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，分别将粘接层厚度、谐振频率和反射系数反带入表达式(7)中，可以得出粘接界面的刚度。