[发明专利]热障涂层结合强度的高阶非线性参数表征方法

权利要求书

1.一种涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征方法，其特征在于：使用高频率超声收发仪产生脉冲波串信号，激励中心频率为f的超声纵波换能器，使用中心频率为2f的超声纵波换能器接收声波信号，绘制不同涂层的非线性参数与实际结合强度的关系曲线，用于检测涂层的结合强度；

利用透射式纵波有限幅度法原理将超声波入射到热障涂层试件中，纵波与热障涂层和基体的结合界面处相互作用产生高次谐波成分，利用高次谐波幅值与二阶、三阶非线性超声系数检测与表征涂层结合强度的大小；

由原子力间势能的非简谐性引起非线性连续体的一次应力与应变的关系表示为：

式中，βn(n＝1,2,3·····)为非线性系数；

则一维波动方程为：

式中，ρ为介质密度，x为传播距离，t为时间，u为介质内位于x处质点的位移；联立(1)、(2)式，利用质点位移与应变的关系，并且忽略(1)式中三阶以上的高阶项，得到一维非线性超声波动方程：

式中，c为介质中的波速；

利用摄动法来获得近似解，将u(x,t)展成一系列幂级数：

u(x,t)＝u₀(x,t)+xu₁(x,t)+···+xⁿu_n(x,t) (4)

应用摄动法，并在解的过程中忽略阶数大于三的高阶小量，得到(3)的近似解：

从式(5)中可以得到基波A₁与二次谐波、三次谐波的幅值：

A₁＝A (6)

由式(7)可推得非线性系数β₁为：

式(8)可得非线性系数β₂为：

2.根据权利要求1所述的涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征方法，其特征在于：涂层的非线性主要由于原子力势能的非简谐性、晶粒错位、微细损伤,包括：闭口裂纹、微观脱层裂纹、伪结合、结合强度,接触界面以及析出相；当超声波在涂层与基底两种不同介质的结合处时传播时变化引起超声波的非线性，即接收信号中出现了高次谐波的成分，因此利用超声非线性参数表征涂层结合强度的大小。

3.根据权利要求1所述的涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征 方法，其特征在于：利用高频率超声收发仪发射与接收信号，以脉冲串为激励信号，脉冲串的数量与声波在被测拆料中的传播距离和速度有关。

4.根据权利要求1所述的涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征 方法，其特征在于：利用超声波脉冲信号串在涂层与基底结合界面传播中产生的波形畸变获得非线性系数，对涂层的结合强度的非线性超声效应采用透射式纵波有限幅度法。

5.根据权利要求1所述的涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征方法，其特征在于：对接收声波信号进行频谱分析，获取接收信号的基波和高阶谐波幅值，计算高次谐波与基波的幅值比和二阶、三阶非线性系数。

6.根据权利要求1所述的涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征方法，其特征在于：利用拉伸试验机对试件进行拉伸实验，每次间隔固定拉伸应力后使用非线性超声系统检测涂层的结合强度状态，获取高次谐波与基波幅值比、二阶非线性系数和三阶非线性系数随涂层结合强度的变化趋势。

7.根据权利要求1所述的涂层结合强度的纵波高阶非线性参数表征方法，其特征在于：利用二阶非线性系数和三阶非线性系数随涂层结合强度的变化趋势，对非线性系数与结合强度进行数据拟合，得到拟合函数，在无损检测的条件下当测得非线性系数就能够对结合强度进行定量估计。