聚合物中超声传播的时域声场模型与全频谱计算方法

发布时间：2020-06-10 23:00

【摘要】：超声检测是无损检测技术的重要分支,为聚合物的在线无损表征提供了一种新思路与新手段。本文提出了多层聚合物中超声传播的时域声场模型、聚合物超声参量的全频谱计算方法以及聚合物取向度的超声纵波声速表征方法,并将其应用于不同类型的聚合物中。本文的主要研究内容如下:1、建立了多层聚合物中超声传播的时域声场模型。考虑超声传播过程中的反射、透射与衰减现象,建立多层聚合物中的时域声场模型,该模型可对反射回波进行模拟计算。以模拟回波和计算回波之间的相似程度为目标函数,通过多目标优化,可得到各层介质的声学参数以及层厚。该模型已应用于流体辅助共注成形制品各层厚度的无损测量。2、提出了聚合物超声参量的全频谱计算方法。将聚合物上下表面反射回波幅值谱与介质传递函数进行关联建模,其传递函数的对数值与频率强线性相关。拟合直线的垂直截距和斜率分别用于计算聚合物中的超声声速以及衰减系数,所提方法可不用测量聚合物的厚度并充分利用了回波信号的整体信息。实验研究了铝块、采样频率对测量精度的影响,并将所提方法用于不同厚度、不同刚度聚合物的声学测量中,结果表明该方法在测量声速、衰减系数等超声参量方面均具有较高的精度。3、分析并评价了聚合物中超声速度的测量方法。开展实验对比研究了渡越时间法、水浸法、频谱分析法的优缺点,将其用于不同表面粗糙度的聚合物声学测量中,结合误差分析探讨各种方法在测量时的不确定度以及抗干扰能力。实验结果表明,测量表面平整光滑聚合物时,渡越时间法和水浸法具有较高的精度,而测量表面粗糙的聚合物时应采用水浸法和频谱分析法,频谱分析法具有较强的抗干扰能力。4、提出了聚合物取向度的超声纵波声速表征方法。基于超声波动方程和Boltzmann叠加原理,推导聚合物声速和取向度之间的数学模型,提出了聚合物取向度的纵波声速表征方法。通过二维广角X射线衍射(2D-WAXD)研究热塑性聚酯弹性体(TPEE)的取向结构,并探讨成形过程中注射速率对超声声速、取向度的影响,验证了基于纵波声速表征取向度的正确性。本文所取得的研究成果为聚合物中超声参量的精确测量提供了新方法,实现了流体辅助共注成形制品各层厚度的无损测量,并建立了聚合物取向结构的超声纵波声速测量新方法,具有重要的科学意义与广泛的应用前景。
【图文】：

衍射强度,非晶,结晶度,半高峰宽

⑴ＷＡＸＤ法逡逑ＷＡＸＤ是利用Ｘ射线衍射获取晶体结构的方法［２１］。对于半结晶性聚合物，可以从逡逑ＷＡＸＤ邋—维衍射强度曲线计算结晶度，如图１．１所示。逡逑逦非晶峥１逡逑－逦非品峰２逡逑Ｉ逦逦品体峰１逡逑——晶体峰２逡逑－逦——品体峰３逡逑§逦——品体峰４逡逑｜逦——衍射强度曲线逡逑逦，逦Ｉ逦■逦Ｉ逦，，逦Ｉ逦■逦Ｉ逦，逦逡逑０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逡逑２０邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图ｉ．ｉ衍射强度曲线及曲线拟合逡逑图１．１中红色曲线为一维衍射强度曲线的示意图，它可以被近似地分解为若干个高斯逡逑函数。其中半高峰宽较宽、衍射强度较低的两个峰（灰色曲线）为非晶峰，是来自于无定逡逑形部分的衍射；而半高峰宽较窄、衍射强度较高的四个峰（蓝色、紫色曲线）为晶体峰，逡逑为来自于晶体部分的衍射。结晶度可以根据各衍射峰的面积比值计算得到［１＇如式（１－２）。逡逑（１＂２）逡逑式中，不为结晶度，木和Ａ分别表示结晶尖峰和非晶峰的面积。逡逑（２）

聚合物中超声传播的时域声场模型与全频谱计算方法

图１．３超探头工作模：（ａ）透射模；（ｂ）反射模
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB553

【参考文献】