[发明专利]一种分形结构输入的孤立波超材料无损检测装置及应用

说明书

本发明公开一种分形结构输入的孤立波超材料无损检测装置及应用，装置包括分形弯曲腔体轨道、竖直腔体轨道、散体颗粒群、冲击颗粒、信号采集颗粒；分形弯曲腔体轨道由若干子弯曲腔体轨道和若干母弯曲腔体轨道组成，若干母弯曲腔体轨道的底部共同与竖直腔体轨道的顶部相连通，每个母弯曲腔体轨道的顶部与若干子弯曲腔体轨道的底部相连通；竖直腔体轨道的下部、每个子弯曲腔体轨道及每个母弯曲腔体轨道的轨道壁上均相对的设有两条开孔；弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道内均填充有散体颗粒群，竖直腔体轨道的底部设有信号采集颗粒，信号采集颗粒内设有压电片，压电片通过导线和开孔与外界电路连接，每个子弯曲腔体轨道的顶部开孔用于冲击颗粒自由进入。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超构材料技术领域，尤其涉及一种分形结构输入的孤立波超材料无损检测装置。

背景技术

近年来，声子晶体引起了许多领域学者的广泛兴趣，是一种材料常数呈周期变化的人造周期结构，颗粒声子晶体与弹性波超材料是其中目前研究较多的一种形式。颗粒声子晶体中相互接触的弹性颗粒满足赫兹接触定律，其非线性也主要来自于相邻粒子间的接触变形。颗粒声子晶体的非线性波传播表现出丰富的波动特性，并展现出广阔的应用前景。其中，相同颗粒组成的一维颗粒链中可以形成高度非线性孤立波，可以在较远的距离保持稳定的传播，并且该波的反射、透射等现象均与相接触的物质属性有关。正是这些特殊的传播特性，使得一维颗粒链成为高度非线性孤立波一个很好的载体。随着无损检测技术的发展与无损检测仪器的改进，人们对无损检测的技术等有了更高的要求，使得一维颗粒链孤立波无损检测方法得到了广泛的关注。基于颗粒链中的孤立波探伤具有体积小、便携性高等优点，此类孤立波超材料可以被用在许多工程应用中，包括吸振器、杂质探测器、声二极管和无损检测等领域。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种分形结构输入的孤立波超材料无损检测装置。本发明通过采用分形多弯曲腔体轨道传播的结构形式，可以在多位置处激发非线性孤立波信号，实现对同一被测物质的多次无损检测。通过多个弯曲腔体轨道汇聚同一竖直轨道特性来实现多个非线性孤立波信号对同一被测物质进行无损检测的效果，达到多非线性孤立波信号检测的目的，提高了对待测物质无损检测的效率和准确性，同时对于非线性孤立波传播特性研究具有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种分形结构输入的孤立波超材料无损检测装置，包括分形弯曲腔体轨道、竖直腔体轨道、散体颗粒群、冲击颗粒、信号采集颗粒；所述分形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；所述分形弯曲腔体轨道由若干子弯曲腔体轨道和若干母弯曲腔体轨道组成，若干所述母弯曲腔体轨道的底部共同与竖直腔体轨道的顶部相连通，每个母弯曲腔体轨道的顶部与若干子弯曲腔体轨道的底部相连通；子弯曲腔体轨道、母弯曲腔体轨道和竖直腔体轨道的内部相互连通；竖直腔体轨道的下部、每个子弯曲腔体轨道及每个母弯曲腔体轨道的轨道壁上均相对的设有两条开孔；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，竖直腔体轨道的底部设有信号采集颗粒，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，每个所述子弯曲腔体轨道的顶部开孔用于冲击颗粒自由进入。

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

进一步的，散体颗粒群由若干直径为19mm的Q235不锈钢颗粒球组成，冲击颗粒的材质、大小与散体颗粒群中的颗粒球相同。

进一步的，信号采集颗粒由一个圆片形压电片与两个半球颗粒组成，圆片形压电片材料为DM-5H，直径为19mm，厚度为0.3mm，两个半球颗粒均为直径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，分形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，所述开孔直径小于散体颗粒群中每个颗粒球的外径。