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【6h】

材料弹性常数超声测量法实验研究与专用探头研制

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声明

第1章绪论

1.1本课题的研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究状况

1.2.2国内研究状况

1.3本课题的来源及主要研究内容

1.4本章小结

第2章基本理论

2.1材料弹性常数的声学表征

2.1.1超声波及其波型

2.1.2声速与材料弹性常数间的关系

2.2材料中纵波及表面波波速测量方法

2.3换能器理论和技术基础

2.3.1压电效应及压电换能器

2.3.2常见超声探头

2.3.3探头标定与评价概念

2.4本章小结

第3章超声波探头的数值模拟

3.1探头的等效电路分析

3.2探头数值模拟的编程计算

3.3本章小结

第4章线聚焦超声波探头的设计和制作

4.1线聚焦超声波探头的结构设计

4.2探头组件的设计与选型

4.2.1换能元件

4.2.2背衬层的设计

4.2.3探头外壳设计

4.2.4激励接收耦合层设计

4.2.5保护层设计

4.2.6电极引线和插座的选型

4.3探头的制作

4.4本章小结

第5章探头性能分析与测试

5.1电学参数的测定

5.1.1双层PVDF薄膜线聚焦探头输入阻抗测量

5.1.2单层PVDF薄膜线聚焦探头输入阻抗测量

5.1.3探头中心频率测量

5.2探头分辨率的分析

5.2.1探头横向分辨率的分析

5.2.2探头纵向分辨率的分析

5.3本章小结

第6章材料弹性常数测量实验研究

6.1实验系统组成及工作原理

6.2探头对比实验

6.3超声测量系统精度标定

6.3.1拉伸法测量材料弹性常数

6.3.2超声法测量材料弹性常数

6.4计算机仿真与实际超声测量对比实验

6.4.1聚焦位置时系统输出信号的数值计算

6.4.2浸水板频率响应函数的建立

6.4.3任意散焦距离下系统输出信号的数值计算

6.5钛合金高聚能束焊缝力学性能的测试

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所获得的学术成果

致谢

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摘要

材料力学性能测试是材料科学研究中不可缺少的组成部分,新型材料的研制过程中会对测试方法产生新的要求。弹性常数常规的测量方法,对难以加工或制备的小尺寸材料,如纳米材料,无法测定。本文介绍了测量小尺寸块体纳米材料弹性常数的新方法;研制了弹性常数测量系统的关键部件——超声波探头,并对探头进行了数值模拟、设计制作和性能分析;利用所研制的探头进行了实验研究。 本文介绍和分析了块体纳米材料弹性常数测量方法的现状;阐明了通过测量材料中纵波和漏表面波传播速度而间接测量材料弹性常数的原理。第三章通过建立探头的等效电路,计算得到最小阻抗频率与探头所用压电元件厚度的关系,为设计具有不同中心频率的探头提供参考。第四章设计制作了双层PVDF薄膜线聚焦探头和单层PVDF薄膜线聚焦探头,其内容包括探头的结构设计、组件设计和装配工艺。第五章对所研制探头的最小阻抗,中心频率和分辨率进行了实验测定与数学分析,给出了探头的基本性能指标。第六章通过对同一检测对象的对比实验,分析了两探头检测效果的区别;进行了材料弹性常数拉伸法测量和超声法测量对比实验,对比分析两者检测结果的差异,同时通过多次测量,总结实验数据分析了超声系统测量材料杨氏模量和泊松比的极限误差。在系统的可用性和测量精度确定的情况下,建立材料弹性常数超声测量系统的计算机仿真模型,分别针对三种不同材料,在不同散焦距离下,进行了数值仿真与实际检测对比实验;对常规测量方法无法处理的钛合金高聚能束焊缝区域进行了测量,实验得出被测试件不同位置处的杨氏模量和泊松比。

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