疏松和分層

借助超聲波頻譜分析技術(shù)能夠區(qū)分纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中疏松和分層這兩種缺陷形式[28]。典型的頻譜如圖7-5所示，當(dāng)缺陷為疏松或孔隙率過(guò)大時(shí)，散射衰減隨頻率增加（見(jiàn)圖7-5b）。但當(dāng)分層與聲束垂直時(shí)，由于分層處反射波與表面反射波之間的干涉，使頻譜在某些頻率上形成下陷（見(jiàn)圖7-5c）,由下陷對(duì)應(yīng)的頻率f可以估算分層處的深度位置d:

式中，c為縱波聲速，n是正整數(shù)。

 

表面裂紋的表征

寬帶(0.5~10MHz)超聲波瑞利波的叉指換能器可以用來(lái)探測(cè)鋁塊的表面狀況。將鋁塊的表面銑一凹槽 以模擬表面裂縫，其尺寸如圖7-6所示。在圖7-7a中，來(lái)自凹槽的反射脈沖表明了它的存在和位置；圖7-7b所示從整個(gè)凹槽的信號(hào)中仔細(xì)選擇出來(lái)的只有前沿回波的信號(hào)。通過(guò)圖7-7a、b的比較可以看出，由于凹槽的其他邊沿形成的響應(yīng)比較小，在時(shí)域內(nèi)難以分辨，所以不能作出關(guān)于凹槽尺寸的判斷。

圖7-7c為凹槽(實(shí)線)和前沿(虛線)相應(yīng)的超聲波幅頻特性曲線。凹槽的其余邊沿結(jié)構(gòu)造成的影響可以看做是對(duì)前沿頻譜的調(diào)制，當(dāng)然也包含有關(guān)換能器、換能器與表面的耦合狀態(tài)以及換能器與凹槽之間表面性質(zhì)這幾個(gè)方面的相關(guān)信息。采用倒頻譜處理技術(shù)首次解釋了裂紋結(jié)構(gòu)對(duì)缺陷信號(hào)的調(diào)制作用。

信號(hào)分析過(guò)程采用數(shù)字信號(hào)處理方法：將圖7-7a的反射脈沖信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)分析技術(shù)獲得對(duì)應(yīng)的頻譜，還可用同樣的方法獲得凹槽前沿脈沖信號(hào)的頻譜。比較這些頻譜，將由凹槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的調(diào)制作用分離出來(lái)，并消除換能器的電氣特性、耦合狀態(tài)以及換能器與凹槽之間表面波傳輸過(guò)程中相關(guān)變量造成的影響，最后得出以上所述的倒頻譜。

典型的處理結(jié)果如圖7-6所示，此處倒頻譜中的譜峰(根據(jù)計(jì)算機(jī)的打印輸出直接照相)表明了表面波的傳輸特性，分辨力達(dá)0. 1μs。倒頻譜的高度與凹槽前沿的曲率有關(guān)。應(yīng)特別指出的是，接近0.8μs處的倒頻譜譜峰是由凹槽的后側(cè)面上的凸起部分引起的。

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