[发明专利]一种具有多点孤立波无损检测性能的弹性波超材料装置

说明书

本发明公开一种具有多点孤立波无损检测性能的弹性波超材料装置，包括弯曲腔体轨道、竖直腔体轨道、散体颗粒群、信号采集颗粒。弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道均是由树脂组成的圆管形结构，散体颗粒群均为直径为19mm的Q235不锈钢颗粒均匀分布在腔体轨道中，所述信号采集颗粒由圆形压电片与两个球颗粒组成。压垫片直径19mm，厚度0.3mm，嵌入两个半球之间，并用聚酰亚胺薄膜使压电片与半球颗粒进行隔离。半球颗粒直径为19mm，材质为Q235不锈钢，嵌入匀质颗粒链中用于接收非线性孤立波信号。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超构材料技术领域，尤其涉及一种具有多点孤立波无损检测性能的弹性波超材料装置。

背景技术

近年来，周期结构以及弹性波超材料的研究逐渐开始兴起和发展，其中一类材料常数呈周期性变化的人工结构的一种弹性波超材料被称为声子晶体。颗粒链作为非线性声子晶体领域最基本的周期结构，因其一些有趣的动力学特性而受到广泛关注。国内外众多学者针对球形颗粒链中非线性孤立波的传播特性及相关应用都做了广泛的研究。目前针对非线性孤立波传播特性的分析方法主要是基于赫兹接触理论，一维匀质(材料、尺寸相同)小球颗粒链可以看作是采用非线性弹簧作为连接条件的颗粒链力学模型。通过改变颗粒材料的特性，例如密度、弹性模量与泊松比、颗粒的几何形状、尺寸、静态预应力等条件对非线性孤立波的传播特性进行调节。此类多点非线性孤立波信号检测特性可以有效地运用在构件健康诊断、厚度测量等诸多领域。

孤立波无损探伤检测有很多优点。首先，一维颗粒链不依赖于外部功率放大器就可以产生稳定的孤立波，且孤立波的可控性好；此外，孤立波探伤有体积小、便携性高、不依赖媒介、不依赖压电转换等优点。本装置通过采用非线性孤立波多轨道同时传播的结构形式，使得在同一激发非线性孤立波信号下，实现多通道的信号检测。通过多轨道特性来实现同一输入信号不同点同时检测的效果，达到了同时多点非线性孤立波信号无损检测的目的，提高了利用孤立波进行无损探伤检测的效率，对于非线性孤立波传播特性研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有多点孤立波无损检测性能的弹性波超材料装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有多点孤立波无损检测性能的弹性波超材料装置，包括弯曲腔体轨道、竖直腔体轨道、散体颗粒群、信号采集颗粒；所述弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道均是由白色树脂组成的圆管形结构；若干所述弯曲腔体轨道的一端连接在竖直腔体轨道的中部，另一端用于与待测试件接触，弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道的内部相互贯通；竖直腔体轨道的上部和竖直腔体轨道的下部均对称设有两条沿竖直腔体轨道长度方向的窄缝，每个弯曲腔体轨道上均对称设有两条沿弯曲腔体轨道长度方向的窄缝；所述弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道内均填充有散体颗粒群，竖直腔体轨道和每个弯曲腔体轨道内均设有一个信号采集颗粒，信号采集颗粒内设有压电片，所述压电片通过导线和开孔与外界电路连接，所述竖直腔体轨道的顶部开孔用于冲击颗粒自由进入。

进一步的，弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道的弹性模量材料常数E＝2.65GPa，泊松比ν为0.41，密度ρ为0.5kg/m³。

进一步的，散体颗粒群及冲击颗粒均由直径为19mm的Q235不锈钢颗粒球组成。

进一步的，信号采集颗粒由压电片和两个半球颗粒组成，圆形压电片材料为DM-5H，直径19mm，厚度0.3mm，两个半球颗粒为直径18.7mm的Q235不锈钢，两个半球颗粒的对接面上均粘贴有聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜之间粘贴有所述压电片。

进一步的，弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道的外径为21mm，内径为19mm。

进一步的，弯曲腔体轨道共设置有四个，彼此互成90度连接在竖直腔体轨道的中部。

进一步的，窄缝宽度为10mm，方便将导线引出和调整颗粒。