基于聲學(xué)顯微鏡技術(shù)的小尺寸材料彈性常數(shù)超聲測量方法研究.pdf

1、隨著性能優(yōu)異的新型材料不斷出現(xiàn)，迫切需要對材料的力學(xué)及其他物理性能進(jìn)行測定。但由于制備工藝的原因，一方面，制備滿足常規(guī)力學(xué)性能測試用的大尺寸試件十分困難，如塊體納米材料、金屬玻璃等；另一方面，材料的力學(xué)性能(如彈性常數(shù)等)時(shí)常會呈現(xiàn)各向異性。因此，研究這類材料/結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能(彈性性質(zhì))的表征方法與測量技術(shù)，對于評價(jià)材料的制備工藝和表征材料的力學(xué)性能，具有重要的學(xué)術(shù)意義和廣闊的應(yīng)用背景。本文針對小尺寸塊體材料彈性常數(shù)的測定問題，主要完成

2、了以下工作： (1)提出了一種基于聲學(xué)顯微鏡技術(shù)的材料彈性常數(shù)超聲測量方法。基于材料力學(xué)性能聲學(xué)表征，利用縱波與漏表面波波速表征材料的彈性常數(shù)，建立了完備的小尺寸材料彈性常數(shù)超聲表征與測量方法。 (2)開發(fā)了一套完整的小尺寸材料彈性常數(shù)超聲測量系統(tǒng)，包括：設(shè)計(jì)制作了高頻無透鏡大孔徑柱面線聚焦PVDF超聲探頭；構(gòu)建了以PXI總線嵌入式控制器為核心，以四軸精密運(yùn)動機(jī)構(gòu)為測量平臺，利用超聲波激勵(lì)/接收裝置，通過PVDF柱面線聚

3、焦探頭發(fā)射超聲波和接收回波信號，經(jīng)高速數(shù)字化分析儀等，可實(shí)現(xiàn)超聲信號自動采集和分析處理的系統(tǒng)。開發(fā)了一套在空間域同時(shí)測定縱波與漏表面波速度的方法及波形處理算法程序，實(shí)現(xiàn)了小尺寸材料彈性常數(shù)自動測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，回波信號清晰可辨，信噪比高，可滿足信號分析與處理的需要，為小尺寸材料彈性常數(shù)的準(zhǔn)確測量提供了可靠保證。 (3)利用小尺寸材料彈性常數(shù)超聲測量系統(tǒng)對常規(guī)材料，如：鋁、銅、碳鋼、鈦合金等小尺寸試件材料彈性常數(shù)進(jìn)行超聲實(shí)驗(yàn)測量

4、和誤差分析。結(jié)果表明，測量結(jié)果準(zhǔn)確度高，完全滿足工程及科學(xué)研究的要求。 (4)針對非晶材料、納米材料和非金屬小尺寸等非常規(guī)材料彈性常數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并與其它方法所得結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果吻合較好。說明超聲無損測量法，克服了壓痕法不能測試材料的泊松比，且為有損檢測等不足。 (5)利用超聲測量系統(tǒng)對冷軋鋼板、電子束焊焊縫等特殊材料或區(qū)域進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明該方法可以用于測量像冷軋鋼板這類由于加工工藝所致的各向異性材料。同