金属材料力学性能退化及粘接界面固化的非线性Lamb波评价

发布时间：2019-11-03 00:28

【摘要】：作为无损检测的方法之一,超声无损检测凭借其快捷、高效、适用范围广的特点吸引了国内外诸多学者对这一领域进行研究。传统的超声无损检测方法主要是基于超声波在传播过程的衰减、波速、反射等信息评价结构的宏观损伤和缺陷,比如材料或结构中的开裂、孔洞、开焊、脱粘等。但是上述信息对于构件内部的微观损伤、力学性能退化等则不能有效的检测和评价。研究表明,超声波的非线性效应对构件的微观损伤比较敏感,可以利用这一特性进行超声无损检测。由于Lamb波在板中传播距离远、衰减小,特别适合于对大面积板材和粘接结构的检测。因此,本文主要研究Lamb波的非线性效应对金属材料力学性能退化和粘接结界面固化性能的响应。实验材料采用型号AL6061-T6的1mm厚铝板,粘接剂选用AB胶和环氧树脂。根据理论二次谐波累积效应的条件,采用预定角度有机玻璃斜楔和超声探头激发和接收Lamb波。通过对采集到的Lamb波时域信号分别进行短时傅里叶变换(STFT)和快速傅里叶变换(FFT)求解基频和倍频幅值,进而计算非线性系数。研究超声非线性系数与试件拉伸残余应变和粘接界面固化时间的关系,结果表明： 1、在材料力学性能退化研究中,利用3.61MHz的超声波激发S1模态的Lamb波,对接收到的信号进行STFT变换分析并计算非线性系数。结果表明：拉伸残余应变值为0%～6%范围内时,非线性系数随残余应变增加而增加,最大值为1.4,比初始值高出40%；当拉伸残余应变值在6%-10%范围内时,非线性系数随残余应变增加而表现出下降趋势。此外,还讨论了A1模态在3.0MHz下的Lamb波的FFT变换,结果表明：在开始至屈服阶段,非线性系数随拉伸残余应变的增加而稍许增加：在屈服直至塑性破坏阶段,非线性系数随拉伸残余应变的增加基本保持不变。因此,利用非线性系数能够有效地对金属材料的塑性损伤进行评价。 2、在粘接界面固化性能评价中,利用3.61MHz的超声波激发S1模态的Lamb波,对接收到的信号进行STFT变换分析并计算非线性系数。结果表明：对AB胶固化过程在0-80分种,非线性系数随固化时间呈急剧下降趋势,在80～360分钟,基本保持平稳；对环氧树脂胶固化过程在0～150分钟内,非线性系数随固化时间呈先上升后下降的趋势,在150～300分钟内,又表现出先上升后下降的趋势,但第二次峰值明显比第一次小,300～400分钟内基本保持平稳。由此,利用非线性系数可以反映两种粘接胶不同的固化过程。
【图文】：

超声无损检测,领域,工程,技术

在众多行业取得了迅猛的发展和广泛的应用，比如钢铁工业、现代医学、石油化工业、铁路运输工业、航空航天工业以及高速发展的高新技术产业等。如图1-1所示为超声无损检测在一些重要领域中的实际应用。W酬191^1 \ & ：(a)利用超声波检测钢轨（b)利用B超为孕妇做健康检查(C)利用超声波检测输电设备（d)利用超声波检测发电机构件图1-1超声无损检测技术在工程领域中的应用Fig. 1 - 1 Applications of nondestructive ultrasonic testing technology1

非线性介质,超声波

实验和理论研究表明，超声波的非线性效应与材料力学性能之间存在紧密联系。如图1-3所示为在线性介质和非线性介质中传播的超声波。对非线性介质来说，，单一频率的超声波会发生二倍频、三倍频等高次谐波成分。3
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O347.4;TG115.28

【参考文献】