[發明專利]一種各向同性材料三階彈性常數測定系統及方法

有效

• 申請號: 202210562391.0
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114894903B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 張旭;陳雷;劉剛;秦福敏;王志聰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/22;G01N29/44
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種各向同性材料三階彈性常數測定方法，其特征是，包括：

分別測定初始溫度下被測試樣的初始材料密度、初始橫波波速和初始縱波波速；

根據所述被測試樣的初始材料密度、初始橫波波速和初始縱波波速，獲取被測試樣的二階彈性常數；

分別測定在無約束狀態下和有約束狀態下，所述被測試樣在不同溫度條件下自然波速相對于初始波速的變化和熱應變；

根據熱應變、自然波速相對于初始波速的變化和二階彈性常數，根據熱致聲彈性效應，獲取被測試樣的三階彈性常數；

如上述實驗步驟，在無約束條件下，可以推導出如下關系：

熱應變ε_T＝α_TΔT、自然波速的相對變化與材料彈性常數的關系如下式：

當在鋁合金試樣長度方向上施加固定約束時，可以推出如下關系：

熱應變ε_T＝α_TΔT、自然波速的相對變化與材料彈性常數的關系如下式：

其中，聲速V_ij的第一個下標表示超聲體波的傳播方向，第二個下標表示超聲體波的偏振方向，V₁₁即為傳播方向為鋁合金試樣的厚度方向的縱波聲速，V₁₂即為傳播方向為鋁合金試樣的厚度方向，偏振方向為鋁合金試樣的長度方向的橫波聲速，即為初始橫波波速，V_s即為橫波波速，即為初始縱波波速，V_L即為縱波波速，α_T即為線性膨脹系數，ΔT即為升溫間隔，λ和μ即為二階彈性常數，l、m、n即為三階彈性常數。

2.如權利要求1所述的各向同性材料三階彈性常數測定方法，其特征是，在分別測定初始溫度下被測試樣的初始材料密度、初始橫波波速和初始縱波波速之前，還包括：

測定被測材料的線性膨脹系數，加工被測試樣。

3.如權利要求2所述的各向同性材料三階彈性常數測定方法，其特征是，通過靜態熱機械分析法測定被測材料的線性膨脹系數。

4.如權利要求1所述的各向同性材料三階彈性常數測定方法，其特征是，測定初始溫度下被測試樣的初始材料密度、初始橫波波速和初始縱波波速的方法包括：

將被測試樣加熱至預定的初始溫度，根據被測試樣的質量和體積，計算得到被測試樣的初始材料密度；

通過超聲脈沖信號發生器和橫波換能器采集橫波的脈沖回波波形，根據兩次獲取脈沖回波的平均時間間隔和被測試樣的厚度，獲取初始橫波波速；

通過超聲脈沖信號發生器和縱波換能器采集縱波的脈沖回波波形，根據兩次獲取脈沖回波的平均時間間隔和被測試樣的厚度，獲取初始縱波波速。

5.如權利要求1所述的各向同性材料三階彈性常數測定方法，其特征是，二階彈性常數表示為λ和μ，二階彈性常數的波速測量公式為

其中，ρ⁰為初始材料密度，為初始縱波波速，是初始橫波波速。

6.如權利要求1所述的各向同性材料三階彈性常數測定方法，其特征是，在無約束狀態下，分析不同溫度條件下自然波速相對于初始波速的變化的方法包括：

將初始溫度T₀下的尾波波形作為參考波形，表示為S^ref(t)，升溫后的尾波波形表示為S^cur(t)，通過對S^ref(t)波形在時間軸上進行拉伸或壓縮可以得到新的波形其中∈為伸縮變換因子，在同一時間窗口(t₁至t₂)下計算與S^cur(t)之間的互相關系數CC(∈)，其中互相關系數CC(∈)的定義式為

提取CC(∈)最大時所對應的伸縮變換因子∈_max，此時-∈_max即為升溫后自然波速的相對變化具體如下式：

其中，V⁰為初始波速。