有限振幅聲波在固體中傳播時(shí),會(huì)產(chǎn)生波形畸變、諧波滋生等非線性現(xiàn)象。當(dāng)材料不均勻或存在微缺陷、不完美界面時(shí),非線性效應(yīng)更為顯著。目前非線性超聲檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于微觀結(jié)構(gòu)研究、材料疲勞退化和內(nèi)部微缺陷的檢測(cè)和評(píng)估。盡管非線性參數(shù)可作為檢測(cè)非線性效應(yīng)的重要參數(shù),但由于微結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生非線性響應(yīng)的物理機(jī)制研究還不夠深入,對(duì)非線性參量的提取、測(cè)量和標(biāo)定都存在困難和局限。例如:經(jīng)典非線性物理模型將固體中聲波的非線性行為歸結(jié)為晶體點(diǎn)陣的非簡(jiǎn)諧性,晶格微結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位、扭曲和不連續(xù)都會(huì)造成或增強(qiáng)非簡(jiǎn)諧性,但不能解釋很多衍生的非線性效應(yīng);Hertzian彈性模型建立了部分閉合裂紋界面粗糙峰分布特性與應(yīng)力-應(yīng)變的非線性關(guān)系,接觸非線性模型引入剛度不連續(xù)函數(shù),進(jìn)一步解釋了裂紋閉合和張開(kāi)的轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生的次諧波、直流調(diào)制等非線性響應(yīng),然而對(duì)顆�；蚍蔷鶆虿牧现写嬖跍蠛陀洃浀确墙�(jīng)典非線性特性則無(wú)法合理解釋;Preisach-Mayergoyz（PM）模型從介觀角度解釋了非經(jīng)典非線性中應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的遲滯特性,認(rèn)為是所有微觀遲滯彈性單元的宏觀彈性行為。但該模型僅考慮一維幾何結(jié)構(gòu)的情況,對(duì)于復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu),PM空間下非線性... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２位錯(cuò)晶格模型［９］：?（ａ）?—維模型?（ｂ）三維??

?ィ??莘竅咝韻煊??⒘爍斬認(rèn)凳?胙沽Φ拿萋桑崳?關(guān)系這些研究都假定接觸表面光滑而無(wú)摩擦影響，不考慮界面的微觀結(jié)構(gòu)??和接觸狀態(tài)。但現(xiàn)實(shí)中材料的接觸面非常復(fù)雜（如圖１．３），彈性和塑性形變都可??能發(fā)生，多數(shù)并不滿足Ｈｅｒｚｔｉａｎ定律的假設(shè)條件Ｋｉｍ等研究了粗糙界面處??超聲波傳播特性，建立了一種描述界面微觀形貌特征與接觸剛度關(guān)系的微觀彈塑??性模型［３９］。安志武等利用分段均勻概率函數(shù)描述粗糙接觸界面勁度系數(shù)變化［３８］，??建立了界面微觀幾何特征與勁度系數(shù)非對(duì)稱性的關(guān)系，證實(shí)了粗糙界面表面幾何??特征和勁度系數(shù)的變化是接觸界面處非線性響應(yīng)產(chǎn)生的主要原因。???參考平面１???參考平面２??圖１．３接觸界面的微觀示意圖［４６］??不完美接觸界面的非線性行為不僅與界面粗糙度有關(guān)，而且與界面間的粘合??力相關(guān)［４４＿５（）］。Ｊｏｈｎｓｏｎ提出了剛性球面間的粘合力模型，以及后來(lái)的??Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ－Ｒｏｂｅｒｔｓ?（ＪＫＲ）模型和?Ｍａｕｇｉｓ－Ｄｕｇｄａｌｅ?理論。根據(jù)?ＪＫＲ?理論，??高次諧波的產(chǎn)生可歸結(jié)于粘合力的作用

其響應(yīng)中出現(xiàn)次諧??波、直流響應(yīng)和局部振蕩等獨(dú)特的非線性效應(yīng)（如圖１．４）。１９９２年，Ｆｒｉｓｗｅｌｌ和??Ｐｅｎｎｙ提出一種雙剛度模型來(lái)解釋這些非線性現(xiàn)象［５８】。Ｓｏｌｏｄｏｖ建立了接觸非線??性（Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｃｏｕｓｔｉｃ?Ｎｏｎｌｉｎｅｒｉｔｙ，ＣＡＮ）?［５４＿５６］理論，認(rèn)為：在大振幅超聲波作用??下，不完美接觸的兩個(gè)界面會(huì)發(fā)生周期性碰撞，波形的壓縮部分將通過(guò)不完美接??觸面，而拉伸部分則不能通過(guò)。因此，可在透射波中產(chǎn)生了一種“機(jī)械二極管半??波整流效應(yīng)”（如圖１．４）?ＰＩ。這種效應(yīng)類似于通信原理中的幅度解調(diào)，會(huì)產(chǎn)生??比輸入頻率還低的次諧波。??此夕卜，Ｋｏｌｏｓｏｖ和Ｙａｍａｎａｋａ提出一種類似的物理機(jī)制，稱為接觸界面“慣??性”模型Ｐ１。當(dāng)入射波作用于閉合裂紋時(shí)，裂紋的輸出邊依靠慣性運(yùn)動(dòng)，與輸??入邊振動(dòng)不同步，造成裂紋非完全閉合；此時(shí)，透射信號(hào)中的周期延遲可能是入??射超聲波周期的兩倍或更多

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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