針對目前高溫環(huán)境下材料力學(xué)性能測試方法的取樣難度大、周期長、成本高等問題,提出一種超聲導(dǎo)波檢測技術(shù),用來檢測材料力學(xué)性能隨溫度的變化過程。被測樣品材料為直徑2 mm、長度1 m的鉬合金絲,將被測材料的一端加工成敏感元并置于氬氣保護(hù)穩(wěn)定升溫的溫度場中,另一端施加脈沖超聲,通過實(shí)驗(yàn)獲得隨溫度變化的敏感元超聲波傳輸時(shí)差數(shù)據(jù),經(jīng)過算法處理,得出溫度-聲速變化曲線,在材料密度不變的前提下建立超聲參量與材料彈性常數(shù)之間的關(guān)系,最終獲得楊氏模量,體積模量,剪切模量以及泊松比隨溫度變化的曲線,為材料的研制、生產(chǎn)、加工及高溫使用提供一種輔助評價(jià)手段。

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【部分圖文】：

圖1鉬合金絲頻散曲線

對于金屬棒材，當(dāng)其直徑遠(yuǎn)小于材料中傳播的超聲波波長時(shí)，棒中超聲波可用導(dǎo)波理論進(jìn)行描述，其傳播特性如圖1所示，直徑2mm的棒中可能存在3種導(dǎo)波模態(tài)：縱向?qū)Р↙(0,1）、扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波T(0,1）和彎曲導(dǎo)波F(1,1）。在導(dǎo)波模式下，材料中的聲速和材料的力學(xué)參數(shù)有如下關(guān)系：

圖2縱向?qū)Рê团まD(zhuǎn)導(dǎo)波激發(fā)示意圖

為解決第一個(gè)問題，采用長度為1m的鉬合金絲作為聲波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)高溫區(qū)和低溫區(qū)的分離及聲信號的傳輸。如圖2所示，在室溫下，長絲的一端和橫波探頭耦合將超聲波導(dǎo)入到波導(dǎo)材料中，橫波探頭的特殊之處在于其振動(dòng)方向和探頭面平行，而普通的縱波探頭其振動(dòng)方向和探頭面垂直，利用橫波探頭的這一特性可以....

圖3測量原理示意圖

為解決第二個(gè)問題，采用在長絲的另一端加工一個(gè)反射槽和絲端點(diǎn)構(gòu)成一定長度的敏感元，如圖3所示，超聲換能器產(chǎn)生超聲波并從冷端耦合到波導(dǎo)絲上，沿波導(dǎo)絲傳播遇到反射槽產(chǎn)生反射波記為節(jié)點(diǎn)波，部分透射波繼續(xù)傳播遇到絲端點(diǎn)全反射記為端點(diǎn)波，若把超聲脈沖波在節(jié)點(diǎn)與端點(diǎn)之間傳輸?shù)臅r(shí)間差記為t，即超....

圖4實(shí)驗(yàn)平臺示意圖

實(shí)驗(yàn)平臺如圖4所示，包括超聲導(dǎo)波檢測儀、收發(fā)一體的超聲橫波探頭、高溫爐3大部分以及其他輔助工具。首先把超聲探頭和待測材料組裝好，將材料敏感元件（包含節(jié)點(diǎn)和端點(diǎn)部分）套上保護(hù)管并置于高溫爐管中。高溫爐管的另一端插入一支K型溫度計(jì)，其敏感端位于被測材料測試區(qū)截的中間位置，用以跟蹤被測....

本文編號：3902245