等厚铝板粘接件超声反射频谱的低频特征

利用弹簧模型研究了"铝-胶-铝"等厚粘接件的超声反射谱的低频特征(使用的超声波频率远低于胶层的共振频率),指出了利用其谐振频率的"右峰"漂移量反演弱粘接情况的胶层劲度系数的可能性。我们通过胶层固化时间的变化来模拟胶层劲度系数的变化,对理论结果进行验证,实验结果与理论吻合良好。     

钢-铅粘接结构的粘接强度对超声体波反射与 透射特性的影响*

针对多层异种金属粘接结构中粘接强度的超声检测与表征困难的问题,采用线性弹簧模型和等效弹性模量模型来分别表征界面粘附强度和内聚强度,推导了超声体波斜入射N层粘接结构的反射与透射系数表达式。通过在不同入射面和入射声波模式等条件下,同时连续改变两种参数来系统研究粘接层界面粘附强度与内聚强度变化对超声波反射与透射特性的影响关系,确定了能够敏感表征粘接强度的超声参量,为粘接强度的无损检测与评价提供理论依据。     

复合结构界面粘接强度的声-超声评价研究

基于Ritec-SNAP测量系统建立了声-超声技术实验系统,分析了在声-超声技术评价过程中用声信号的幅频特性及应力波因子表征复合结构界面粘接强度的可行性。用粘接层的固化过程模拟复合粘接板粘接强度的变化过程,以粘接层的固化时间作为粘接强度的间接表征参量,借助于已建立的实验系统对复合结构粘接强度的评价问题进行了实验研究。实验结果表明,应力波因子与反映界面粘接强度的粘接层固化时间呈单调对应关系,且不同固化时期的应力波因子存在明显的不同特性,表明用应力波因子评价复合结构的界面粘接强度具有可行性。     

钢-混凝土结构弱粘接界面缺陷的超声导波检测*

钢-混凝土结构是土木工程中的一种常用结构形式,钢与混凝土粘接处可能出现弱粘接甚至完全脱粘的缺陷,严重影响结构的安全性。该文提出利用空气耦合超声导波衰减的方法实现钢-混凝土结构粘接状态的非接触无损检测方法,分析不同厚度粘接界面对超声导波衰减的影响。基于全局矩阵技术对钢-混凝土结构求解理论频散方程和衰减曲线,得到界面层不同粘接条件下的理论参数及衰减特性。建立不同粘接条件的有限元模型,定量分析不同模态对粘接缺陷的检测敏感度。研究界面层厚度分别为1 mm和2 mm两种情况下S0能量的衰减情况。研究结果表明:S0模态可有效判断粘接结构的粘接状态,对于同一界面层厚度,随着界面粘接条件变弱,S0最大幅值与A0最大幅值比不断增大;不同厚度同一粘接条件下,2 mm相较于1 mm该值更大。该方法在钢-混凝土结构粘接界面缺陷的检测方面具有良好的应用价值和发展前景。     

金属基复合结构粘接强度的非线性超声混频检测

采用非线性超声混频方法对金属基复合结构的粘接强度进行表征研究。以不同固化剂含量的铝合金丙烯酸酯粘接结构作为检测对象,基于非线性超声混频的共振条件及其作用机制,并结合粘接固化机理,开展了非线性超声混频实验。非线性超声混频模式选取两列横波生成和频纵波的方式,实验测量并计算不同基频周期数下的超声非线性参量。通过拉伸实验标定粘接结构的粘接强度,并采用扫描电镜分析拉伸断面微观结构,进而分析超声非线性参量与粘接强度的关系。从实验结果可以看出在不同周期的基频信号激励下,超声非线性参量随着粘接强度的增大均呈现出减小的趋势。研究表明非线性超声混频信号对金属基复合结构粘接强度的变化比较敏感,可以适用于类似结构件粘接强度状态弱化的表征。     

铝合金粘接件界面层超声检测的进展

本文简述了检测铝合金粘接件界面层质量的超声反射法中有关理论和实验技术.介绍了粘接件中多孔Al_2O_3薄层有效弹性常数的确定方法和Al_2O_3/有机涂层之间界面的粘弹体模型.对五层媒质组成的粘接件声反射系数的理论值和实验值进行了比较.指出了粘接件界面层超声检测中一些尚待解决的问题。     

层状粘接结构超声检测信号的同态解卷积脱粘界面定征

本文利用建立的多层粘接结构超声无损检测信号的卷积模型,推导出了检测信号的解析表达式,并用同态滤波解卷积方法有效地提取出粘接结构的系统响应,进而由其中界面多次反射响应的位置、幅度和包络等特征参数,实现了脱粘二界面（指空气脱粘）的定征和识别。仿真和实验数据的处理结果表明本文方法对脱粘检测的应用有积极的意义。     

具有刚性联接界面和滑移界面的层状固体媒质的声反射

利用矩阵方法,本文提出了声波从具有刚性联接和滑移界面的层状固体媒质反射特性的一般模型,导出了包含一个或两个滑移界面的层状固体媒质纵波和横波声反射系数解析表达式。文中还给出一些典型粘接件声反射系数的数值计算结果,为正确选择超声评价这些界面特性所采用的技术参数提供了依据。     

高声阻层下指纹的高频超声成像实验

分析了高频超声波垂直透过5层不同厚度介质的传播特性,利用传递矩阵推导出超声波在此多层结构的零界面处反射系数与各层介质厚度关系的解析表达式,用解析解做数值模拟,并用COMSOL有限元仿真验证,得到了超声回波在时域上的声学特征.使用高频超声换能器激发与采集分层介质中的超声宽频信号,得到玻璃层和模拟指纹层间反射回波中带有指纹特征的信息,形成了高精度超声指纹图像.     

有机硅胶受力特性的太赫兹时域光谱表征方法

为探究有机硅胶黏结剂的受力特性，提出了一种基于太赫兹时域光谱特征进行无损表征的方法，利用太赫兹时域透射光谱对有机硅胶胶膜的应力光学系数进行表征，分别以胶膜折射率及时域光谱相位延迟作为参量开展了实验研究，两种方法获得的应力光学系数均为0.18 MPa^-1。利用反射式太赫兹时域光谱系统对不同受力状态下的有机硅胶胶膜进行实验研究，分别给出了胶膜厚度为2 mm和3 mm条件下太赫兹时域光谱延迟时间差与拉应力的变化关系，实验结果与理论规律相一致。研究结果表明，太赫兹时域光谱可有效地对有机硅胶等粘接材料的受力特性进行定量化表征，从而为胶接结构在受力状态下的粘接强度的评估提供一种新的方式。     

一种用于界面接触状态评价的超声信号相似度分析方法*

针对常规超声反射系数对界面接触状态灵敏度受限问题,论文发展一种用于界面接触状态评价的超声信号相似度分析方法。针对不同压力下承压界面超声检测信号,研究了激励信号带宽、相似度函数类型及分析域对相似度分析方法对界面接触状态评价的影响。结果表明,检测信号的相似度指标随压力增加呈现明显规律性。激励信号带宽、相似度函数类型和分析域对界面接触状态评价效果有很大的影响。宽带激励下的时域欧式距离指标对界面压力微变化最为敏感,可用于界面接触状态的定量评价。     

三层介质超声谐振模式随材料和界面粘接性能变化的演变规律

在用超声波谐振对粘接材料的粘接强度进行无损评估时, 不同模式对粘接强度的敏感程度受到众多因素和参数的影响, 对检测结果的可靠性至关重要. 基于多层介质中声传播和界面弱粘接边界条件的理论模型, 将一个上下非对称的金属-粘接剂-金属三层结构的平面波反射系数函数中的谐振模式看作是上下铝金属层各自的Lamb波频散模式通过夹心粘接剂层相互耦合后叠加组成. 改变影响结构粘接强度的因素, 即粘接剂的性能参数(声阻抗、密度、厚度)和界面切向劲度系数k_t来分析三层结构谐振模式耦合方式的变化,得出结论: 粘接结构粘接性能的变化基本上不改变与被粘铝层相关的固有部分的Lamb波模式, 而它们的耦合模式则在谐振频率上产生平移并会与固有模式进行交换和替代; 不同参数的变化引起的模式演变有各自的规律, 大多可彼此区分.     

粘接界面特性的超声检测与评价

粘接界面特性的超声检测与评价既是物理学的前沿问题,又是经济建设和国防安全亟需解决的应用问题。高波阻介质下多层低波阻介质界面脱粘检测、滑移界面检测和粘接强度定量评价是粘接质量检测中遇到的三大难题。本文综述了课题组十余年来在攻坚三大难题方面的研究工作：建立了共振匹配理论,发明了六项关键技术并实现了技术集成,研制出全新概念的超声检测设备,解决了第一个难题;成功研制出横波直探头,用纵横波综合判断方法解决了第二个难题;对第三个难题,建立了粘接界面非线性弹簧模型,为利用非线性声学参量评价粘接界面奠定了理论基础,并探索性地利用统计性方法对粘接强度进行了预测,取得较好效果。     

固体滑移界面的超声评价

为评价固体滑移界面的特性,根据QSM界面模型和粘滞流体的本构方程导出了滑移界面的界面劲度系数及垂直入射到固体滑移界面的超声纵波和SH波的反射系数公式,其中纵波的反射系数与滑移界面层的绝热体积弹性模量、粘滞系数和入射声波的频率有关,而SH波的反射系数与界面层的绝热体积弹性模量和入射波的频率无关。因此,可以用SH波直接评价界面的不同粘滞状态,且不受检测频率的限制。要评价界面的绝热体积弹性模量,则必须增加纵波检测。利用蜂蜜和水模拟不同滑移界面层的声波反射实验验证了上述理论结果。     

脱粘缺陷对粘接结构频散特性的影响

采用全局矩阵理论,通过引入内聚强度弱化模型和弹簧模型,计算了脱粘缺陷对粘接结构频散特性的影响。分析了内聚强度缺陷、界面缺陷及混合缺陷等因素对粘接结构频散特性的影响,发现频散曲线的演化规律与材料声学性质密切相关。不同材料和不同组合,其规律有很大不同。针对各向同性粘接结构,可能通过考察特定频率段内频散模态的变化,实现对脱粘缺陷的检测。     

脱粘界面超声检测信号的小波多分辨率分析与重构

针对钢－橡胶分层粘接结构的超声检测回波信号,利用小波变换的多分辨率时频特性提出了小波特征参数提取算法,据此在对检测信号进行的时间－尺度分布分析基础上,重构出脱粘界面回波信号的时域和频域特征。实验检测结果表明本文方法在现代工业ＮＤＴ＆Ｅ中的应用有着可喜的前景。     

非匹配负载对宽带脉冲产生器谐振特性的影响

 宽带脉冲产生器的谐振特性决定了产生电磁脉冲的频谱,分析了带耦合器的同轴1/4波长谐振器在负载为非完全匹配天线时,天线反射对谐振特性的影响。通过建立级联二端口微波网络分析模型,将非匹配负载的反射系数计入等效耦合器反射系数中,得到了输出脉冲及辐射场频谱与负载反射系数的关系式。数值模拟了包括谐振器、耦合器和天线在内的整个宽带脉冲辐射系统,得到的辐射场频谱与理论预期相符。由于负载反射的影响,在中心频率两侧产生了两个副峰,在高功率实验中也观察到了该现象。     

双相多孔锂离子电池液/固界面的声反射与声透射

采用传递矩阵法,同步联立改进的Biot理论,对含液固界面的双相多孔锂离子电池的超声反射与透射系数进行理论求解。考虑锂离子的摇摆特性对电极力学性能的影响,计算了对应状态下液/固界面的双相多孔锂离子电池声反射及透射系数的角度谱与频率谱。同时,构建了不同荷电状态时含单元锂离子电池的频域仿真模型,以萃取对应的超声反射及透射角度谱及频率谱,并与理论计算结果对比吻合良好。随后,以多单元锂离子电池为例,在不同的荷电状态下,分析了反射与透射系数随斜入射角度、入射波频率的变化关系,并分别指出了其角度谱及频率谱特征点随荷电状态的变化特征,为锂离子电池运行状态的超声无损测量提供了理论基础。     

马赫-曾德尔结合矩形环谐振腔的超紧凑光滤波器

基于微环构成的滤波器,因其具有较大曲率半径以及窄带宽等缺陷,提出一种马赫-曾德尔结构结合矩形环谐振腔的高效紧凑光滤波器。器件结构均由基于受抑全内反射原理的沟槽型微纳光子耦合器和基于全内反射原理的90°弯曲波导构成。采用状态空间表示法和时域有限差分法对器件的品质因数、传输特性等参数进行了计算和仿真。状态空间表示法对比了不同耦合系数及损耗系数对滤波特性的影响;利用时域有限差分法仿真得到在反射系数接近穿透系数时,呈现出的通带和阻带带宽不等的非对称波长交错滤波效果,在反射系数远大于穿透系数时,滤波器品质因子约为3120,并获得在25μm×8μm面积下自由光谱范围高达50.6 nm的特性。该器件提高了在单片光子集成回路中的集成度且具备二维方向布局配置及扩展的能力。     

固-固界面退化特性的超声反射评价方法

提出了一种基于有限宽超声束反射的固-固界面退化特性评价方法,从理论和数值仿真角度进行了分析和计算。将两固体界面间的薄层简化为界面弹簧模型,以界面法向和切向劲度系数表征界面的退化程度。通过数值计算求得有限宽超声纵波束在不同入射角和界面不同退化程度下的反射横波、反射纵波的镜面反射系数。进一步地,通过建立二维有限元模型,仿真研究了有限宽超声纵波束在给定入射角及界面不同退化程度下镜面反射系数的变化规律。结果表明,反射纵波和反射横波的镜面反射系数随有限宽超声纵波束的入射角及界面劲度系数的改变而变化,且存在镜面反射系数随界面劲度系数单调且敏感变化的入射角,据此可准确评价界面的退化程度。