【摘要】：粘結(jié)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的減震性、抗疲勞性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于軍工、汽車、航空航天等重要領(lǐng)域,例如,飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩板、飛機(jī)機(jī)翼擾流板和固體發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的隔熱板等。但由于粘結(jié)層的粘結(jié)剛度過小而導(dǎo)致的事故時(shí)有發(fā)生,因此,對(duì)粘結(jié)界面剛度的測(cè)量顯得尤為重要�？諝怦詈铣暡z測(cè)法具有安全無(wú)害、非接觸和不破壞被測(cè)材料等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于粘結(jié)質(zhì)量檢測(cè),但其信噪比低、分辨率低等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約其應(yīng)用。為了提高空氣耦合超聲檢測(cè)粘結(jié)結(jié)構(gòu)的分辨率,本文主要做了如下工作:首先基于聲波的波動(dòng)方程和粘結(jié)界面的簡(jiǎn)易彈簧模型理論,通過利用超聲波在各介質(zhì)分界面上的位移和應(yīng)力連續(xù)的邊界條件,建立了空耦超聲波斜入射雙層粘結(jié)結(jié)構(gòu)中的透射和反射的物理和數(shù)學(xué)模型。通過數(shù)值仿真超聲波斜入射到同質(zhì)等厚粘結(jié)板的聲波透射系數(shù),分析其透射系數(shù)峰值隨粘結(jié)界面剛度系數(shù)的變化,發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:第一、一部分透射系數(shù)峰值隨粘結(jié)界面法向剛度系數(shù)變化而變化,而另一部分透射系數(shù)峰值隨切向剛度系數(shù)變化而變化;第二、透射系數(shù)峰值都隨界面剛度系數(shù)的增大向高頻方向移動(dòng),且當(dāng)界面剛度從小到大變化時(shí),其中高頻峰值比低頻峰值滯后移動(dòng);第三、當(dāng)聲波的入射角達(dá)到第二臨界角時(shí)其透射峰值對(duì)界面剛度的變化敏感性最高;第四、所有透射峰值隨著剛度系數(shù)的變化都是先慢后快再慢等剛度系數(shù)達(dá)到10~(18)N·m~(-3)后基本保持不變;其次對(duì)空耦超聲波垂直入射雙層非等厚異質(zhì)材料的情況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明:第一、聲波透射系數(shù)峰值也隨之粘結(jié)界面法向剛度系數(shù)的增加而向高頻方向移動(dòng);第二、透射峰值對(duì)界面剛度系數(shù)的變化敏感性各有不同;第三:所有峰值移動(dòng)的起始點(diǎn)都是在其某層板厚度為此板中聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。第四、當(dāng)兩層粘結(jié)板的厚度同為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)聲波在粘結(jié)結(jié)構(gòu)中的幾乎發(fā)生全透射。然后以涂層結(jié)構(gòu)為例,基于聲波的波動(dòng)方程,建立超聲波在涂層結(jié)構(gòu)中的聲壓反射系數(shù)模型。基體選用鋼、鑄鐵、鋁合金,表面選用不同噴涂工藝得到的Al_2O_3陶瓷涂層為研究對(duì)象,獲得了不同界面剛度系數(shù)的超聲反射頻譜。仿真結(jié)果表明:分離界面和理想界面時(shí),諧振頻率都具有周期性,但周期大小不同;弱結(jié)合界面時(shí),隨著界面的剛度系數(shù)逐漸增加,諧振頻率逐漸增多,這些諧振頻率均向高頻方向移動(dòng)。與頻率較高處相比,頻率較低處的諧振頻率隨著剛度系數(shù)的增加向高頻移動(dòng)的速度更快。因此建立了第一個(gè)諧振頻率與剛度系數(shù)之間的關(guān)系。在同一剛度系數(shù)下,由諧振頻率與材料的特性阻抗關(guān)系獲得如下規(guī)律:當(dāng)涂層材料不變時(shí),諧振頻率隨著基體特性阻抗的增大而增大;當(dāng)基體材料不變時(shí),諧振頻率隨著涂層特性阻抗的增大而減小。給出了以指數(shù)函數(shù)形式擬合的剛度系數(shù)與諧振頻率的變化曲線。通過對(duì)該指數(shù)函數(shù)參數(shù)與材料特性阻抗之間關(guān)系的分析,獲得了弱界面時(shí)諧振頻率與剛度系數(shù)和材料特性阻抗三者之間的函數(shù)表達(dá)式。最后搭建了空耦超聲檢測(cè)雙層粘結(jié)板的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以復(fù)合材料板粘結(jié)和有機(jī)玻璃板與鋁板粘結(jié)為例,驗(yàn)證了聲波透射峰值隨著界面剛度系數(shù)變化而變化的規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前的理論計(jì)算結(jié)果基本吻合,證明了仿真結(jié)果的正確性。這些結(jié)論可以為空耦超聲波檢測(cè)粘結(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)的優(yōu)化檢測(cè)參數(shù)提供理論依據(jù),從而提高檢測(cè)的分辨率。
【學(xué)位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG115.285
【圖文】：

=0=0zz zwzxz ==0zz zwzxz d 層板的厚度。wzu 為水層沿z 方向的位移，zw 為水3)、式(2-24)、式(2-17)、式(2-25)和式(2-26)可得： 2 2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2cos coscos sin sin ) (2 sin ) sin 2 sin 2 2sin 2 cos 2 cos 2 cos sinT L T T T TL L T TL L L L T L L T T T T L T TL T Tk d ik d ik dL L T Tk k kc k c k c kk k k kk e k e cos cos2 cos 2 2 2 2 cos 2 2 cos 2 2 coscos 2 cos 2cossin ) (2 sin ) sin 2 sin 2sin 2 cos 2T T TL L L L T T T TT L T T T TL L L L TL Tik dT Tik d ik d ik d ik dL T T ik d ik d ik dL Tk e e c k e c k e c k e k e k e 2coscos 2 T T TTik dTk e 2-27）進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可以求出不同條件下的透射頻厚積時(shí)對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)。在圖中顏色越深表示透。純黑色表示透射系數(shù)為 0，白色表示透射系數(shù)為近第一臨界角時(shí)，聲波的透射系數(shù)逐漸減小，到達(dá)第一臨界角后逐漸增大。當(dāng)聲波的入射角在 45 度到大。

透射系數(shù)與頻率和入射角之間的關(guān)系((a)KT=1×1020N·m-3,KN=1×1020N·m-3;(b)KT=1×1012N·m-3,KN=1×1020N·m-3;(c)KT=0N·m-3,KN=1×1020N·m-3;(d)KT=1×1020N·m-3,KN=1×1014N·m-3;(e)KT=1×1020N·m-3,KN=0N·m-3).通過對(duì)比圖3-2(a)、圖3-2(b)和圖3-2(c)可以發(fā)現(xiàn)，圖上標(biāo)注‘An’的曲線沒有變化，而圖中標(biāo)注‘Bn’的曲線變化較大

i=0°)在圖3-3中標(biāo)注‘d’是用來(lái)表示透射峰值從開始移動(dòng)到最后保持不動(dòng)總移動(dòng)距離。d 值的大小可以表示透射峰值整體對(duì)界面剛度變化的敏感性，即 d 值越大，表明在法向剛度系數(shù)變化相同量時(shí)聲波的透射峰值移動(dòng)的距離更大。為了找到在不同入射

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2797065