[发明专利]一种超声波测量材料内部各处弹性模量及泊松比的方法

权利要求书

1.一种超声波测量材料内部各处弹性模量及泊松比的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.利用超声波无损检测对待测材料进行扫查，获得超声波在材料中的单程传播时间，并给出材料中超声波的单程传播时间与纵波波速V_L及横波波速V_T的关系：

其中，Δt_T/2为超声波横波的单程传播时间；Δt_L/2为超声波纵波的单程传播时间，d为超声波声束方向的材料厚度；

S2.将横波波速V_T用剪切弹性模量表示，将纵波波速V_L用剪切弹性模量和泊松比进行表示：

其中，G为剪切弹性模量，ρ为材料密度，ν为泊松比；

S3.确定材料内部各位置的剪切弹性模量；

所述步骤S3包括以下子步骤：

S301.给定超声单程传播路径长度为d，将d离散为N个长度为Δs的一维网格，考虑材料弹性模量的空间不均匀性，对于剪切弹性模量G，令G_k,k∈1,…,N为每个网格位置材料的弹性模量，则超声波横波在d路径上传播的总时间Δt_T为：

表示为积分形式得到：

G(x)是x位置处的剪切弹性模量；

S302.扩展到二维平面，用Γ表示声波半程传播路径，对半程传播路径进行积分得：

其中，Γ为超声在空间中的半程传播路径，二维平面上位置(x,y)处的弹性模量表示为G(x,y)，位置(x,y)处的声速为对半程传播路径Γ积分得半程传播时间Δt_T/2；

S303.对于一个二维扫查平面，给定一个扫查位置k，该位置发出超声的传播路径上点(x,y)利用(r,θ)参数表示：

r＝xcosθ+ysinθ

其中r是从原点到超声的传播路径所在直线的垂直距离，θ是该垂直距离所在直线与水平轴的角度，应用上式对超声的传播路径上所有点的线积分为：

其中δ(·)是狄拉克-δ函数；

对进行逆变换得到对应的剪切弹性模量G(x,y)；

S304.在待测材料表面沿表面移动探头，超声波声束发射和接收的每一个位置即为一个采样位置，从第一个采样位置开始至最后一个采样位置结束，得到材料内部不同位置的弹性模量的(r,θ)映射二维图像，按照步骤S303得到材料内部不同位置对应的逆变换后得到材料体内部任意位置处的剪切弹性模量G(x,y)；

S4.确定材料内部各位置的泊松比；

所述步骤S4包括：

由步骤S2得到超声纵波波速与剪切弹性模量G和泊松比ν的关系为：

考虑材料内部各处弹性模量的不均匀性，材料内部每一个位置测量得到的(r,θ)对应声束的纵波声速用二维积分表示为：

将材料内部各处的剪切弹性模量G(x,y)在带入

后进行积分逆变换，得材料内部任一位置处的泊松比v(x,y)；

S5.计算材料内部各位置的拉伸模量。