一种基于单纯形法的各向同性薄板材料弹性性质获取方法
【专利摘要】一种基于单纯形法的各向同性薄板材料弹性性质获取方法，属于超声导波无损检测与评估领域；基于声学显微镜技术，自行开发的材料弹性系数的超声测量系统，采用线聚焦PVDF探头，通过纵波和表面波波速的同时测量，可实现材料的弹性系数无损检测。通过一种新的反演算法，利用该线聚焦超声探头来获取薄板材料的弹性性质。该方法基于单纯形法诱导目标函数于频散特征方程的系数矩阵行列式中，弹性性质与式样密度都可以通过声学性质及所测密度来获得。本方法可解决各向同性薄板材料波速提取的问题，是一种先进的材料波速提取方法。
【专利说明】一种基于单纯形法的各向同性薄板材料弹性性质获取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于单纯形法获取涂层材料弹性系数方法，属于超声导波无损检测与评估领域。
【背景技术】
[0002]随着材料科学的发展，各种新型材料不断涌现，许多材料表现出超常的力学性能，因此，材料的力学性能测试是材料科学中的一个重要组成部分。研究表明，材料的弹性系数与材料制备工艺密切相关。利用超声波对材料弹性性质进行测量是无损检测领域很有前景的测量方法之一。在各向同性均质薄板材料中，超声波的传播具有频散特性，而该特性又包含了大量材料机械性质的信息，因此通过波速与波长或频率的关系——即频散曲线，即可反演出薄板材料的机械性质，如厚度、密度、纵波波速、横波波速等。[0003]基于声学显微镜技术，自行开发的材料弹性系数的超声测量系统，采用线聚焦PVDF探头，通过纵波和表面波波速的同时测量，可实现材料的弹性系数无损检测。通过一种新的反演算法，利用该线聚焦超声探头来获取薄板材料的弹性性质。该方法基于单纯形法诱导目标函数于频散特征方程的系数矩阵行列式中，弹性性质(杨氏模量E，剪切模量G)与式样密度都可以通过声学性质(纵波波速，横波波速)及所测密度来获得。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决各向同性薄板材料波速提取的问题，提出一种先进的材料波速提取方法。
[0005]步骤1:确立仿真目标函数
[0006]通过实验获得的频率f与表面波波速c与改变Cu Ct, P , h后的残差值进行叠加，经过叠加后的目标函数在某一组Cu Ct, P , h值时最小，此时可反演出其横、纵波波速，镀层
密度、镀层厚度。
[0007]
【权利要求】
1.一种基于单纯形法的各向同性薄板材料弹性性质获取方法，其特征在于:该步骤的实现过程如下， 步骤I确立仿真目标函数 通过对各项同性材料试件内部部分波线性组合，将其定义在一个关于边界条件的特征方程中，从而得到频散关系；设一块厚度为2h的板将其置于笛卡尔坐标系下，X1-X3平面是Lamb波传播的矢面，而坐标Xl代表波的传播方向；全局坐标(xl，x2, x3)为理论服务； 步骤1.1根据运动方程:及本构方程:σ U = Cijkl ε kl ;几何方程:^推知控制波的传播方程~^.%/| =βΜ】.一、I 丨 '
2.根据权利要求1所述的一种基于单纯形法的各向同性薄板材料弹性性质获取方法，其特征在于:本方法中未知量有四个(Cu CT，P，h)，为四维变量问题； 用单纯形搜索法求无约束问题minF(X), x e Rn的算法步骤如下: ①选取初始单纯形Ιχ^χ1，...，,}，反映系数α>1，紧缩系数Θ e (0，1)，扩展系数Y> 1，收缩系数β e (0，1)及精度ε >0，置k=0 ； ②将单纯形的n+1个顶点按目标函数值的大小重新编号，使顶点的编号满足F(x°) ^ F(Xj)≤…≤ F(Xlri)≤ F(Xn)；③令
【文档编号】G01N29/46GK103926315SQ201410135545
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】宋国荣, 刘宏实, 吕炎, 李子木, 何存富, 吴斌 申请人:北京工业大学