[发明专利]多裂纹的非线性超声定位方法

权利要求书

1.多裂纹的非线性超声定位方法，其特征是构造材料的不对称边界条件，利用不对称边界条件所引起的共振频率的不等间隔特性，以及由于材料内部裂纹振动的非线性所产生的高次谐波不能满足材料的共振频率却要满足边界条件而引起的各条裂纹两端的振动幅度的差异来进行的多条裂纹定位，分析高次谐波的大小进行裂纹定位以及裂纹大小的判断，具体方法是：使用接触检测技术，被测材料制备成长为L，密度为ρ的棒，其总质量为M，横截面积为S，杨氏模量为E，被测材料一端耦合上超声换能器，激发换能器的检测频率为材料的共振频率，另一端自由，材料的另一端加上一质量负载m，以使得这一端处于带有负载，使材料处于不对称的边界条件下；用圆频率为ω的声源激励此棒，然后使用加速度计或应力计沿振动传播方向进行扫描，分析扫描中得到的高次谐波的振动幅度以及相位随位置的变化关系，来达到裂纹的定位目的。

2.根据权利要求1所述的多裂纹的非线性超声定位方法，其特征是利用不对称边界条件来达到消除裂纹位置的不确定性；假设棒中共有n条微裂纹，长度L时，得到第i个本征频率下的波数k_i。通过测量与计算可以得出这一本征频率下的波动解中的系数：基波幅度H，三次谐波各裂纹两边的余弦分量系数A₃₁，A₃₂，。。。，A_3(n+1)，以及正弦分量系数B₃₁，B₃₂，...B_3(n+1)，5次谐波裂纹两边余弦分量系数A₅₁，A₅₂...，A_5(n+1)，以及正弦分量系数B₃₁，B₅₂...，B_5(n+1)，其中X_ij表示第j个裂纹左边的由第i次谐波引起的正余弦分量的幅度。以上数值模拟中各系数的正负号可以通过扫描测量时的相位判定。

通过波动解得到的系数来反演出裂纹位置及其大小。通过反演不难得到第一条裂纹的3次谐波定位：x₁₃₁，x₁₃₂，...x_13m，5次谐波定位：x₁₅₁，x₁₅₂，...x_15n，其中x_ijk表示第i条裂纹通过第j次谐波所计算出的第k个可能解；由于实际情况中的第一个裂纹的位置是唯一的，对比以上数据可以发现第一条微裂纹的实际位置为x_13i即x₁；通过3次谐波和5次谐波得出的图的比较，通过对比很容易发现只有在x_13i出裂纹的可能位置是完全重合的；同样计算得到第二条裂纹的3次谐波定位：x₂₃₁，x₂₃₂...x_23m，5次谐波定位：x₂₅₁ x₂₅₂，...x_25m；由于实际的第二条裂纹位置也是唯一的，且应在第一条裂纹之后，对比以上数据很容易发现x_23i即x₂。同样的方法可以判断其他更多的裂纹。最后通过激发第一共振频率所得到的裂纹位置与其他共振频率所得到的可能裂纹位置的对比进行裂纹定位精度的改善。