《高頻聲激勵下材料缺陷的面探測表征技術研究》是依託南京大學，由徐曉東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高頻聲激勵下材料缺陷的面探測表征技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐曉東
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著複合材料被大量套用於現代生產領域，人們對於複合材料中的缺陷，如脫層缺陷、應力缺陷以及疲勞損傷等，如何快速探測以及材料壽命預測提出了越來越高的要求；本項目在以前工作基礎上，將閃頻檢測技術與剪下成像技術相結合，提出了使用閃頻剪下探測系統實現被測材料缺陷的大面元探測與表征，該項目研究主要包含以下幾方面：首先研究在不同聲頻和聲強的連續聲激勵作用下，材料缺陷振動模態的變化和聲輻射特性以及缺陷在強聲場作用下的非線性效應，建立材料內部缺陷的無損檢測與表征理論模型；其次最佳化設計剪下成像光學檢測系統，結合閃頻技術以建立高抗干擾性、高靈敏度的非接觸式閃頻剪下成像測量系統；最後將理論模型與實驗結果相對應，逐步豐富和完善理論模型以及實驗系統，為大型材料內部缺陷的快速探測和表征提供可靠的理論模型和實驗探測基礎。
結題摘要
在國家自然基金支持下, 本項目主要探索了材料內部缺陷在外部聲激勵下如何利用CCD實現大面元快速無損檢測的原理和方法。首先，本項目從理論上建立了脈衝雷射在功能材料中激發聲表面波的理論模型，根據該理論模型分別分析了脈衝雷射在不同空間調製下所激發的聲表面波在功能梯度材料表面的傳播特性，以及不同力學參量變化對所激發的聲表面波傳播特性的影響。模擬結果表明：線源激發的寬頻聲表面波在功能梯度材料表面傳播時，聲表面波會出現明顯的色散效應；當使用光柵調製的脈衝雷射在功能梯度材料上激發聲表面波時，與均勻材料中所激發的聲信號相比，激發頻率發生相應的頻移現象，且不同力學參量有著不同的色散和頻移程度。其次研究了超音波在流固耦合環境中的傳播特性。分析有表面缺陷的鋁合金材料浸在水中的無損檢測環境，定位缺陷位置以及分析深度缺陷對超音波在界面傳播的影響。第三，系統研究了超音波與具有不同生長角度方向、不同生長長度的表面缺陷之間的相互作用。通過對數據的分析得到了一系列與缺陷生長角度、缺陷長度相關的反射、透射係數；揭示了有角度的缺陷對超聲的反射與透射特性。第四，系統分析了三明治型複合板的上下覆蓋層對聲傳播特性的影響。結果證明，當上下兩覆蓋層的材料為硬材料時，覆蓋層對禁帶分布的影響巨大，禁帶隨著覆蓋層變厚迅速消失；另一方面，若上下兩覆蓋層為軟材料構成時，會形成新的禁帶，並且隨著覆蓋層厚度增加逐漸趨於與原禁帶合併。從而通過構建相應的三明治模型實現聲子晶體的禁帶調節。第五，利用傳遞矩陣法, 從理論上建立了全向入射條件下一維周期性結構中的聲傳播模型, 研究結果表明, 當聲波以一定的入射角入射時, 固-流周期結構的低頻通帶區域存在一個聲裂隙, 該聲裂隙所對應的入射角大小與構成周期結構的固體層和流體層的密度或結構尺寸無關, 而僅取決於構成該周期性結構材料的波速。第六，實驗上建立了採用閃頻檢測方法，使用面元或線元ＣＣＤ探測器檢測在固體材料表面傳播的聲場特性，進而獲取材料內部缺陷的物理特性，初步實現了低成本的非接觸式被測材料的大面元無損檢測，尤其適合於複合材料的無損檢測。
