预应力薄板材料液固界面声反射/透射系数的声弹效应表征新方法

发布时间：2021-02-22 10:29

　　针对材料性能参数受应力影响时,利用现有无应力状态下反射/透射系数求解方法,计算结果存在稳定性差和误差大等问题。基于声弹性理论,提出应力条件下反射/透射系数理论计算方法,应用于铝板的反射系数求解,结果与文献计算结果相吻合,表明方法正确、结果可靠。针对应力状态下各向同性单层板的反射/透射系数谱数值计算,基于相关系数分析不同应力对反射/透射系数的影响,研究结果表明,随着应力的增大,反射系数频谱和透射系数角度谱的相关系数幅值均逐渐减小,且与应力大小呈明显线性关系。研究成果为利用超声反射/透射系数表征材料应力状态提供了理论依据。 

【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(12)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

声波传播示意图

文献[17]中，对厚度为19.65 mm的无预应力铝板材料，分别利用合成平面波技术和传递矩阵法，获得声波斜入射角θ为9.9°时的试验和理论反射系数幅值，如图2a所示，图中圆点为试验结果，实线为传递矩阵法计算的结果。为了验证基于声弹性效应矩阵方程计算反射和透射系数的方法的正确性和可靠性，对照文献[17]给定的试验材料和声波斜入射角θ，利用基于声弹效应建立的矩阵方程式(26)，通过Matlab软件进行数值计算，得到无预应力铝板材料反射系数谱，如图2b所示。图2b与根据液/固界面的边界连续条件，构建预应力下反射/透射系数求解矩阵方程

在相同的计算条件下，基于声弹效应法计算加有不同预应力铝板材料的反射系数，图3为分别模拟施加100 MPa、200 MPa、300 MPa预应力时反射系数频谱叠加图。由图3可见，随着应力的增加，反射系数频谱有向左偏移的趋势，这也从另一侧面验证了所提方法的正确性与可靠性。为了进一步探究反射和透射系数谱在应力影响下的变化规律，计算1 mm厚铝板在不同应力下的反射系数。声波斜入射角θ为10°，频率范围取0～10 MHz。图4为铝板沿水平方向单轴施加不同拉应力的频谱。由图可见，随着拉应力的增大，反射/透射系数频谱有向左偏移的趋势；但在低频区间反射/透射系数频谱偏移量很小，表明该区间声弹效应较弱，受频率影响较小，不适于用声弹性测量应力；在高频区间声弹效应较强，反射/透射系数频谱有明显的变化，较为适于用声弹性测量应力。

【参考文献】：
期刊论文
[1]先进超声检测技术的研究应用进展[J]. 周正干,孙广开.  机械工程学报. 2017(22)
[2]毫米波检测热障涂层缺陷的方法研究[J]. 何存富,杨玉娥,杨申,吴斌.  机械工程学报. 2013(20)
[3]预应力钢绞线中超声导波声弹性效应的试验研究[J]. 刘增华,刘溯,吴斌,张易农,何存富.  机械工程学报. 2010(02)
[4]水声材料低频声性能的行波管测量[J]. 李水,罗马奇,范进良,沈建新.  声学学报. 2007(04)
[5]钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量技术[J]. 张俊,顾临怡,钱筱林,倪守忠,侯兆欣.  机械工程学报. 2006(02)
[6]具有刚性联接界面和滑移界面的层状固体媒质的声反射[J]. 王耀俊.  声学学报. 1992(02)

博士论文
[1]弹性波折、反射与横向各向同性（VTI）介质井孔导波声弹效应研究[D]. 刘金霞.吉林大学 2007

硕士论文
[1]基于声弹性效应的螺栓轴向应力检测系统研究[D]. 贾雪.西南交通大学 2018
[2]三维应力作用下层状介质中平面波的折、反射研究[D]. 曾德恒.吉林大学 2013



本文编号：3045856