2.頻域法

Hsu和Nair考察了石墨-環氧復合材料的孔隙形狀，將該種材料的孔隙近似看成具有橢圓截面的長柱狀孔，孔隙長度與孔隙橫截面尺寸的比值很大，從頻域分析的角度研究了衰減系數隨頻率變化率d /df與孔隙率之間的關系。

實驗用石墨-環氧復合材料，試樣尺寸4cmx4cmx0.1cm。采用透射法和反射法來測量超聲波衰減，探頭的中心頻率10MHz，非聚焦；超聲波與纖維垂直入射；反射法時探頭與試樣的距離為7.5cm，透射法時，兩探頭距離15cm。由于孔隙分布的不均勻性，因此在試樣表面選5~ 10個點進行測量，得到d /df的平均值。

通過對一寬頻帶探頭采集的信號進行頻譜分析，可以求得每一孔隙對應的d /df。實驗結果如圖7-3所示，理論與實驗結果符合得很好，對于單向和準備向同性石墨-環氧復合材料，d /df 和P的關系近似成一條直線。

  

圖7-3  孔隙率與d /df的關系(實線包括了無孔隙時的背景衰減斜率，虛線表示純孔隙引起的理論衰減斜率

Hsu和Nair在實驗中發現，孔隙率不僅與d /df之間有良好的線性關系，而且隨著孔隙率的增加，中心頻率單調降低。中心頻率的下降量與孔隙率P也存在線性關系。中心頻率發生變化的物理機理是衰減隨頻率變化，即高頻導致高衰減，低頻導致低衰減。

Hsu在用超聲波對編織型石墨-聚酰亞胺復合材料的孔隙率進行檢測時，也發現了上述與Hsu和Nair等人類似的實驗現象，并與理論結果進行了比較，如圖7-4所示。可以看到，對于高孔隙率(<10%)試樣，理論曲線和實驗結果符合得非常好，而孔隙率很小的試樣，誤差較大。這是該理論公式的缺陷，然而對于孔隙大于4%的材料，由于衰減非常大，已經沒有檢測的必要了。

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