聚合物中超聲傳播的時(shí)域聲場模型與全頻譜計(jì)算方法

發(fā)布時(shí)間：2020-06-10 23:00

【摘要】：超聲檢測是無損檢測技術(shù)的重要分支,為聚合物的在線無損表征提供了一種新思路與新手段。本文提出了多層聚合物中超聲傳播的時(shí)域聲場模型、聚合物超聲參量的全頻譜計(jì)算方法以及聚合物取向度的超聲縱波聲速表征方法,并將其應(yīng)用于不同類型的聚合物中。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、建立了多層聚合物中超聲傳播的時(shí)域聲場模型�？紤]超聲傳播過程中的反射、透射與衰減現(xiàn)象,建立多層聚合物中的時(shí)域聲場模型,該模型可對(duì)反射回波進(jìn)行模擬計(jì)算。以模擬回波和計(jì)算回波之間的相似程度為目標(biāo)函數(shù),通過多目標(biāo)優(yōu)化,可得到各層介質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)以及層厚。該模型已應(yīng)用于流體輔助共注成形制品各層厚度的無損測量。2、提出了聚合物超聲參量的全頻譜計(jì)算方法。將聚合物上下表面反射回波幅值譜與介質(zhì)傳遞函數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)建模,其傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)值與頻率強(qiáng)線性相關(guān)。擬合直線的垂直截距和斜率分別用于計(jì)算聚合物中的超聲聲速以及衰減系數(shù),所提方法可不用測量聚合物的厚度并充分利用了回波信號(hào)的整體信息。實(shí)驗(yàn)研究了鋁塊、采樣頻率對(duì)測量精度的影響,并將所提方法用于不同厚度、不同剛度聚合物的聲學(xué)測量中,結(jié)果表明該方法在測量聲速、衰減系數(shù)等超聲參量方面均具有較高的精度。3、分析并評(píng)價(jià)了聚合物中超聲速度的測量方法。開展實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了渡越時(shí)間法、水浸法、頻譜分析法的優(yōu)缺點(diǎn),將其用于不同表面粗糙度的聚合物聲學(xué)測量中,結(jié)合誤差分析探討各種方法在測量時(shí)的不確定度以及抗干擾能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,測量表面平整光滑聚合物時(shí),渡越時(shí)間法和水浸法具有較高的精度,而測量表面粗糙的聚合物時(shí)應(yīng)采用水浸法和頻譜分析法,頻譜分析法具有較強(qiáng)的抗干擾能力。4、提出了聚合物取向度的超聲縱波聲速表征方法�；诔暡▌�(dòng)方程和Boltzmann疊加原理,推導(dǎo)聚合物聲速和取向度之間的數(shù)學(xué)模型,提出了聚合物取向度的縱波聲速表征方法。通過二維廣角X射線衍射(2D-WAXD)研究熱塑性聚酯彈性體(TPEE)的取向結(jié)構(gòu),并探討成形過程中注射速率對(duì)超聲聲速、取向度的影響,驗(yàn)證了基于縱波聲速表征取向度的正確性。本文所取得的研究成果為聚合物中超聲參量的精確測量提供了新方法,實(shí)現(xiàn)了流體輔助共注成形制品各層厚度的無損測量,并建立了聚合物取向結(jié)構(gòu)的超聲縱波聲速測量新方法,具有重要的科學(xué)意義與廣泛的應(yīng)用前景。
【圖文】：

衍射強(qiáng)度,非晶,結(jié)晶度,半高峰寬

⑴ＷＡＸＤ法逡逑ＷＡＸＤ是利用Ｘ射線衍射獲取晶體結(jié)構(gòu)的方法［２１］。對(duì)于半結(jié)晶性聚合物，可以從逡逑ＷＡＸＤ邋—維衍射強(qiáng)度曲線計(jì)算結(jié)晶度，如圖１．１所示。逡逑邐非晶崢１逡逑－邐非品峰２逡逑Ｉ邐邐品體峰１逡逑——晶體峰２逡逑－邐——品體峰３逡逑§邐——品體峰４逡逑｜邐——衍射強(qiáng)度曲線逡逑邐，邐Ｉ邐■邐Ｉ邐，，邐Ｉ邐■邐Ｉ邐，邐逡逑０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５逡逑２０邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑圖ｉ．ｉ衍射強(qiáng)度曲線及曲線擬合逡逑圖１．１中紅色曲線為一維衍射強(qiáng)度曲線的示意圖，它可以被近似地分解為若干個(gè)高斯逡逑函數(shù)。其中半高峰寬較寬、衍射強(qiáng)度較低的兩個(gè)峰（灰色曲線）為非晶峰，是來自于無定逡逑形部分的衍射；而半高峰寬較窄、衍射強(qiáng)度較高的四個(gè)峰（藍(lán)色、紫色曲線）為晶體峰，逡逑為來自于晶體部分的衍射。結(jié)晶度可以根據(jù)各衍射峰的面積比值計(jì)算得到［１＇如式（１－２）。逡逑（１＂２）逡逑式中，不為結(jié)晶度，木和Ａ分別表示結(jié)晶尖峰和非晶峰的面積。逡逑（２）

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