[發(fā)明專利]一種基于超聲波的瞬態(tài)轉(zhuǎn)捩熱流的無損探測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611006569.4
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106768466B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石友安;魏東;桂業(yè)偉;杜雁霞;曾磊;邱波;劉驍;代光月
• 申請（專利權(quán)）人: 石友安
• 主分類號: G01K11/24
• 分類號: G01K11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于超聲波的瞬態(tài)轉(zhuǎn)捩熱流的無損探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)轉(zhuǎn)捩熱流測量精度的需要，沿著平行熱邊界的方向，形成n點均布的掃描，得到共計K條傳播路徑；

2)在掃描的同時，向熱邊界的方向激發(fā)垂直入射的超聲信號，經(jīng)熱邊界反饋后接收回波信號，得到第k條傳播路徑上t_i時刻的傳播時間

3)根據(jù)超聲波傳播時間的測量誤差建立目標(biāo)泛函：

式中，q(Γ₀,t)為待辨識的瞬態(tài)轉(zhuǎn)捩熱流；Γ₀為轉(zhuǎn)捩熱流加載的邊界，σ是計算傳播時間與測量傳播時間的偏差；t_tof,c(s_k,t_i)為數(shù)值計算得到的第k條路徑上t_i時刻的超聲波傳播時間；

4)基于多目標(biāo)優(yōu)化思想，將反問題求解過程，轉(zhuǎn)為帶約束條件的優(yōu)化問題，反問題描述：已知測量得到的超聲波渡越時間t_tof，求解約束條件中的邊界熱流q(Γ₀,t)，

約束條件:

式中：ρ為材料密度；C_p為材料比熱；k為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)；Γ₁為超聲波入射邊界；Γ₂是余下的邊界；a，b分別是傳播路徑的起始點和終點；

5)耦合溫度場，根據(jù)最速傳播原則，建立超聲波傳播路徑方程：

式中：y”為y關(guān)于x的二階導(dǎo)數(shù)；y'為y關(guān)于x的一階導(dǎo)數(shù)；

6)基于超聲波傳播速度與溫度的相關(guān)性，將約束條件代入目標(biāo)函數(shù)，引入伴隨變量，建立伴隨方程：

式中：λ是伴隨變量；δ是克羅內(nèi)克符號；

7)數(shù)值求解傳播路徑方程和伴隨方程，得到目標(biāo)函數(shù)的梯度矢量，并構(gòu)造共軛梯度；

8)以共軛梯度為優(yōu)化方向，由一維精確搜索確定步長，對參數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化，得到第l輪優(yōu)化的瞬態(tài)轉(zhuǎn)捩熱流q(Γ₀,t)^l；

9)根據(jù)測量誤差原則取J≤Knσ_m²，判斷是否收斂，若收斂，則停止計算；否則返回步驟5)，繼續(xù)優(yōu)化迭代，直至收斂，σ_m是測量傳播時間的誤差。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲波的瞬態(tài)轉(zhuǎn)捩熱流的無損探測方法，其特征在于，瞬態(tài)轉(zhuǎn)捩熱流的獲取需要求解超聲波波傳播路徑和熱傳導(dǎo)相耦合的反問題，在熱傳導(dǎo)反問題中測量信號是K條傳播路徑上超聲波的脈沖回波傳播時間：

式中：K表示傳播路徑的總數(shù)；sk是第k條傳播路徑；t_tof是超聲波渡越時間；Tsk是當(dāng)?shù)販囟龋籲表示測量時間點數(shù)。