[發(fā)明專利]超聲激勵下固體平板振動特性的分析方法

有效

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• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103383298A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 馮輔周;張超省;江鵬程;張麗霞;閔慶旭;丁闖;王鵬飛;王冠球
• 申請（專利權(quán)）人: 馮輔周
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發(fā)明屬于超聲紅外熱像技術中的振動機理研究技術領域，具體涉及一種超聲激勵下固體平板振動特性的分析方法。

背景技術

超聲紅外熱像技術是一種新型的無損檢測技術，該技術采用超聲換能器激勵含有裂紋等缺陷的被測對象。以一定的預緊力壓迫超聲換能器通過工具桿，激起被測對象內(nèi)部振動，傳播到缺陷區(qū)域時，缺陷引起振動能量損耗而產(chǎn)生熱量，熱像儀用以捕捉由熱量傳播導致被測對象表面溫度異常信號，從而對缺陷的位置、程度等信息進行檢測和判斷。當被測對象受到超聲激勵時，由于超聲換能器工具桿和被測對象并非剛性連接，因此在工具桿和被測對象的振動中不僅僅有激勵頻率成分，還包含諧波、亞諧波等頻率成分，屬于非線性振動的混沌振動。實驗表明：被測對象中混沌的存在能夠極大地增強缺陷檢測效果。為研究超聲激勵下被測對象的振動特性，圍繞常見的固體平板，建立一種力學模型，結(jié)果表明本力學模型用來研究超聲激勵下超諧波及亞諧波響應等非線性現(xiàn)象的產(chǎn)生是可行的，同時，在忽略材料內(nèi)部非線性的前提下得到的結(jié)果同樣表明了非線性現(xiàn)象的產(chǎn)生的主要原因是接觸碰撞，而并非源自于材料內(nèi)部的非線性因素。

由于在碰撞過程中，總要出現(xiàn)發(fā)熱、發(fā)光、發(fā)聲等物理現(xiàn)象，許多材料經(jīng)過碰撞后總保留或多或少的殘余變形，在一般情況下，物體將損失動能，或者說物體在碰撞結(jié)束時的速度小于碰撞開始時的速度。因此，動能守恒定律在這里并不適用。再者，實際上固體平板的振動必然對工具桿端面的振動狀態(tài)產(chǎn)生影響，而且被測平板的振動狀態(tài)才是決定裂紋生熱的直接因素，所以必須考慮被測對象振動的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種超聲激勵下固體平板振動特性的分析方法，設計以預緊力F₀壓迫超聲換能器對固體平板進行激勵，計算任意時刻t所述超聲換能器的工具桿端面的位移與速度，以及固體平板中正對于工具桿端面位置的微小單元的位移與速度，所述工具桿等效為質(zhì)量為m₁、長度為L₀且兩端以A₀(sin?wt)進行伸縮的質(zhì)量塊，固體平板中正對于工具桿端面、厚度為D的微小單元等效為質(zhì)量為m₂的質(zhì)量塊，固體平板中其它部分對質(zhì)量塊m₂的作用等效為彈性系數(shù)為K的彈簧以及阻尼系數(shù)為C彈簧阻尼。其特征在于，質(zhì)量塊m₁和質(zhì)量塊m₂的運動過程包括交替進行的碰撞運動階段和共同運動階段，其中，所述碰撞運動階段中，質(zhì)量塊m₁與質(zhì)量塊m₂碰撞和彈開交替進行，所述共同運動階段中，質(zhì)量塊m₁和質(zhì)量塊m₂結(jié)合在一起共同運動，在碰撞運動階段，當質(zhì)量塊m₁和質(zhì)量塊m₂碰撞后的速度差小于設定閾值時，所述碰撞運動階段轉(zhuǎn)換為共同運動階段，當質(zhì)量塊m₁和質(zhì)量塊m₂在所述共同運動階段中彈開時，共同運動階段轉(zhuǎn)換為碰撞運動階段。

在本發(fā)明的實施例中，當質(zhì)量塊m₁和質(zhì)量塊m₂處于碰撞運動階段時，質(zhì)量塊m₁和質(zhì)量塊m₂在t_i時刻發(fā)生第i次碰撞，質(zhì)量塊m₁的第一運動位移x₁(t)和質(zhì)量塊m₂的第二運動位移x₂(t)分別表示為：