一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，主要用于界面密实度的超声无损检测，其包括以下步骤：(1)根据实际情况建立相应的模型，在界面处设置弹簧模型。（2）根据波动方程及边界条件推导出导波传播的频散方程。（3）绘制出法向劲度系数Kn无穷大情况下，相速度随切向劲度系数Kt的变化曲线，从而获得相速度变化较为敏感的切向劲度系数值，及其相应的频散特性曲线。（4）通过仿真确定不同Kt值对应的剥离程度百分比；（5）被测物上超声导波信号的激发和接收；（6）实测信号提取参数反演确定对应Kt值；（7）由切向弹簧劲度系数值，从而判断界面的密实程度。本发明好地得到粘接件界面的连接情况，更有效地对粘接件进行质量监测和维护。
【专利说明】一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种用于对界面连接密实度进行检测和评价的超声无损方法，属于 超声无损检测【技术领域】，具体涉及的是一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法。
【背景技术】
[0002] 粘接是一种把材料连接在一起而形成组件的方法，粘接组件具有无应力集中、耐 疲劳性能好、结构轻、可避免金属连接发生电化学反应、可连接形状复杂的物体等一系列优 点，在航空航天、电子、医疗器械、木材、建筑等行业得到了广泛、大量的应用。
[0003] 然而在粘接件的生产过程中，不可避免地在粘接剂内部或粘接界面形成各种微缺 陷。在一些非常重要的场合，如果不能查找出存在问题的粘接组件并及时更换，将会造成无 法挽回的后果。所以对粘接件的无损检测、粘接强度的预测一直是迫切需要解决的实际问 题。
[0004] 超声波是解决界面粘接评价问题的一个重要手段。采用超声导波进行界面无损评 价，设置的弱连接界面模型主要包括多层介质模型和弹簧模型两种。多层介质模型将界面 层等效为一层或多层有限厚度的弹性（或粘弹性）薄层，这些层之间仍然假设为完好连接， 然后利用多层介质波传播的经典理论求解。这种模型分析方法比较直观，但由于描述薄层 的参数（密度、纵、横波速、厚度）较多，所以应用困难。当薄层厚度小于声波波长时，可忽略 界面薄层的厚度和质量，此时界面可用弹簧模型来描述。使用弹簧模型涉及到的参数较少， 仅使用界面的切向和法向弹簧劲度系数就可以判定界面连接的质量，所以弹簧模型成为判 断界面连接质量较为合适的模型。
[0005] 现有的利用超声波采用弹簧模型对界面特性的评估主要利用SH波，纵波，导波， 界面波这几种声波模式。由于SH波难以激发，纵波无法检测界面的切向弹簧劲度系数值， 界面波的产生也需要满足特定的参数条件，因此在本发明中采用导波进行界面连接的密实 度评价。
【发明内容】
[0006] 针对粘接件界面连接的密实度以及缺陷，本发明的目的是提出一种判断界面连接 密实度的方法，即用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，从而更好地得到粘接件界 面的连接情况，更有效地对粘接件进行质量监测和维护。
[0007] 为了达到上述目的，本发明主要采取的技术方案有：
[0008] -种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在于包括以下步骤：
[0009] (1)根据实际情况建立相应的模型，在界面处设置弹簧模型。
[0010] (2)根据波动方程及边界条件推导出导波传播的频散方程。
[0011] ⑶绘制出法向劲度系数无穷大情况下，相速度随切向劲度系数的变化曲线，从而 获得使相速度变化较为敏感的切向劲度系数值，及其相应的频散特性曲线。
[0012] (4)仿真该模型设置不同程度剥离的界面，之后从仿真中获取导波传播数据。对导 波传播数据进行反演得到频散曲线，与理论上不同的切向弹簧劲度系数Kt对应的频散曲 线作对比，从而得到不同切向弹簧劲度系数值对应的剥离程度百分比。
[0013] (5)利用超声信号发生器选择合适频率的激励信号在被测物件上激发超声导波， 然后在另一侧通过信号采集器采集信号。
[0014] (6)采集到的信号通过小波分析得到频散曲线，再通过遗传算法对曲线进行反演 得到切向弹簧劲度系数值Kt。
[0015] (7)由切向弹簧劲度系数值，从而判断界面的密实程度。若切向弹簧劲度系数值 Kt位于相速度敏感变化的切向弹簧劲度系数值Kt范围之内时，表示连接界面出现缺陷或 是不密实，反之，则正常。当连接界面出现缺陷或是不密实，再将Kt值与步骤（4)中的剥离 程度百分比相对应，进一步判断界面的剥离程度。
[0016]步骤（1)所述的弹簧模型在界面处满足以下条件：
【权利要求】
1. 一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在于包括以下几个步骤： (1) 根据实际情况建立相应的模型，在界面处设置弹簧模型； (2) 根据波动方程及边界条件推导出导波传播的频散方程； (3) 绘制出法向劲度系数无穷大情况下，相速度随切向劲度系数的变化曲线，从而获得 相速度敏感变化的切向弹簧劲度系数值Kt范围，及切向弹簧劲度系数值Kt相对应的频散 特性曲线； (4) 仿真该弹簧模型设置不同程度剥离的界面，获取导波传播数据，对数据进行反演得 到频散曲线，与理论上不同的切向弹簧劲度系数Kt对应的频散曲线作对比，从而得到不同 切向弹簧劲度系数值对应的剥离程度百分比； (5) 进行实际的测量；利用超声信号发生器选择合适频率的激励信号在被测物件上激 发超声导波，然后在被测物件的另一侧通过信号采集器采集信号； (6) 上述步骤（5)采集到的信号通过小波分析得到频散曲线，再通过遗传算法对曲线 进行反演得到对应切向弹簧劲度系数值Kt; (7) 由切向弹簧劲度系数值Kt，从而判断界面的密实程度；若切向弹簧劲度系数值Kt 位于相速度敏感变化的切向弹簧劲度系数值Kt范围之内时，则表示连接界面出现缺陷或 是不密实，反之，则正常； 当连接界面出现缺陷或是不密实，再将Kt值与步骤（4)中的剥离程度百分比相对应， 进一步判断界面的剥离程度。
2. 根据权利要求1所述的一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在 于，在步骤（1)中，采用所述弹簧模型的界面满足
其中Kn为法向弹簧劲度系数，Kt为切向弹簧劲度系数，<，σ=，<，<分别两界 面上的法向应力和切向应力，ι^(1)，ιι/2)，ιιζ(1)ιιζ(2)分别指法向位移和切向位移。
3. 根据权利要求1所述的一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在 于，在所述步骤（4)中，使用的有限元仿真软件为COMSOLMultiphysics,仿真过程中设置 的剥离程度为10%，20%，50%，100 %。
4. 根据权利要求1所述的一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在 于，在所述步骤（5)中，所述超声信号发生器在被测物件激发的导波为纵向导波的低阶模 态。
5. 根据权利要求1所述的一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在 于，在所述步骤（4)中，反演方法采用遗传算法。
6. 根据权利要求1所述的一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在 于，在所述步骤￠)中，采集到的信号为时域信号通过小波分析的方法转换为频散特性曲 线。
7.根据权利要求1所述的一种用弹簧劲度系数判断界面连接密实度的方法，其特征在 于，在步骤（7)中，得到的切向弹簧劲度系数值Kt，依照所述步骤（4)中得到的弹簧切向劲 度系数值对应的剥离程度，最终确定界面的剥离程度即评价了界面连接的密实度。
【文档编号】G01N29/04GK104458570SQ201410715454
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】韩庆邦, 童紫薇, 齐莉华, 张雨, 朱昌平, 殷澄 申请人:河海大学常州校区