一種基于單純形法的各向同性薄板材料彈性性質(zhì)獲取方法
【專利摘要】一種基于單純形法的各向同性薄板材料彈性性質(zhì)獲取方法，屬于超聲導(dǎo)波無損檢測與評估領(lǐng)域；基于聲學(xué)顯微鏡技術(shù)，自行開發(fā)的材料彈性系數(shù)的超聲測量系統(tǒng)，采用線聚焦PVDF探頭，通過縱波和表面波波速的同時測量，可實現(xiàn)材料的彈性系數(shù)無損檢測。通過一種新的反演算法，利用該線聚焦超聲探頭來獲取薄板材料的彈性性質(zhì)。該方法基于單純形法誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)于頻散特征方程的系數(shù)矩陣行列式中，彈性性質(zhì)與式樣密度都可以通過聲學(xué)性質(zhì)及所測密度來獲得。本方法可解決各向同性薄板材料波速提取的問題，是一種先進的材料波速提取方法。
【專利說明】一種基于單純形法的各向同性薄板材料彈性性質(zhì)獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于單純形法獲取涂層材料彈性系數(shù)方法，屬于超聲導(dǎo)波無損檢測與評估領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種新型材料不斷涌現(xiàn)，許多材料表現(xiàn)出超常的力學(xué)性能，因此，材料的力學(xué)性能測試是材料科學(xué)中的一個重要組成部分。研究表明，材料的彈性系數(shù)與材料制備工藝密切相關(guān)。利用超聲波對材料彈性性質(zhì)進行測量是無損檢測領(lǐng)域很有前景的測量方法之一。在各向同性均質(zhì)薄板材料中，超聲波的傳播具有頻散特性，而該特性又包含了大量材料機械性質(zhì)的信息，因此通過波速與波長或頻率的關(guān)系——即頻散曲線，即可反演出薄板材料的機械性質(zhì)，如厚度、密度、縱波波速、橫波波速等。[0003]基于聲學(xué)顯微鏡技術(shù)，自行開發(fā)的材料彈性系數(shù)的超聲測量系統(tǒng)，采用線聚焦PVDF探頭，通過縱波和表面波波速的同時測量，可實現(xiàn)材料的彈性系數(shù)無損檢測。通過一種新的反演算法，利用該線聚焦超聲探頭來獲取薄板材料的彈性性質(zhì)。該方法基于單純形法誘導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)于頻散特征方程的系數(shù)矩陣行列式中，彈性性質(zhì)(楊氏模量E，剪切模量G)與式樣密度都可以通過聲學(xué)性質(zhì)(縱波波速，橫波波速)及所測密度來獲得。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決各向同性薄板材料波速提取的問題，提出一種先進的材料波速提取方法。
[0005]步驟1:確立仿真目標(biāo)函數(shù)
[0006]通過實驗獲得的頻率f與表面波波速c與改變Cu Ct, P , h后的殘差值進行疊加，經(jīng)過疊加后的目標(biāo)函數(shù)在某一組Cu Ct, P , h值時最小，此時可反演出其橫、縱波波速，鍍層
密度、鍍層厚度。
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種基于單純形法的各向同性薄板材料彈性性質(zhì)獲取方法，其特征在于:該步驟的實現(xiàn)過程如下， 步驟I確立仿真目標(biāo)函數(shù) 通過對各項同性材料試件內(nèi)部部分波線性組合，將其定義在一個關(guān)于邊界條件的特征方程中，從而得到頻散關(guān)系；設(shè)一塊厚度為2h的板將其置于笛卡爾坐標(biāo)系下，X1-X3平面是Lamb波傳播的矢面，而坐標(biāo)Xl代表波的傳播方向；全局坐標(biāo)(xl，x2, x3)為理論服務(wù)； 步驟1.1根據(jù)運動方程:及本構(gòu)方程:σ U = Cijkl ε kl ;幾何方程:^推知控制波的傳播方程~^.%/| =βΜ】.一、I 丨 '
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單純形法的各向同性薄板材料彈性性質(zhì)獲取方法，其特征在于:本方法中未知量有四個(Cu CT，P，h)，為四維變量問題； 用單純形搜索法求無約束問題minF(X), x e Rn的算法步驟如下: ①選取初始單純形Ιχ^χ1，...，,}，反映系數(shù)α>1，緊縮系數(shù)Θ e (0，1)，擴展系數(shù)Y> 1，收縮系數(shù)β e (0，1)及精度ε >0，置k=0 ； ②將單純形的n+1個頂點按目標(biāo)函數(shù)值的大小重新編號，使頂點的編號滿足F(x°) ^ F(Xj)≤…≤ F(Xlri)≤ F(Xn)；③令
【文檔編號】G01N29/46GK103926315SQ201410135545
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】宋國榮, 劉宏實, 呂炎, 李子木, 何存富, 吳斌 申請人:北京工業(yè)大學(xué)