含微裂纹结构的超声非线性检测机理与表征

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1、学？…＆论３周幽誦％ｍ论文题目：含微裂纹结构的超声非线性检誰麵与表征扇年敬；議：ｉ：：姻２。…。月ＴＢ５１国内图书分类号：５密级；公开２０国际图书分类号：６西南交通大学研究生学位论文含微裂纹结构的超声非线性检测机理与表征年级２０１１级姓名赵友选申请学位级别博壬专业道路与铁道工程指导老师邱延峻教授曲建民教授二零一五年十月二十一日Ｃｌａｓｓ巧ｅｄＩｎｄｅｘ：ＴＢ５５１Ｕ．０．ＤＣ：６２ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏ化ｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔ

2、ｙＤｏｃｔｏｒＤｅｒｅｅＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｇＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮＯＦＭＡＴＥＲＩＡＬＷＩＴＨＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤＭＩＣＲＯＣＲＡＣＫＳＢＡＳＥＤＯＮＮＯＮＬＩＮＥＡＲＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＨＥＯＲＹＧｒａｄｅ：２０１１Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＺｈａｏＹｏｕｘｕａｎＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：ＤｏｃｔｏｒＤｅｇｒｅｅＳｅｃｉａｌｉｔ：ＨｉｈｗａａｎｄＲａｉｌｗａＥｎｉｎｅｅｒｉｎｐｙｇｙｙｇｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ｉｕＹａｎ

3、ｕｎｐＱｊＰｒｏｆ．ｕＪｉａｎｍｉｎＱＯｃｔ．２１２０１５，西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可Ｗ将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可ｙ■采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书；２．不保密回＾使用本授权书。＂＂（请在Ｗ上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导老师签名：

4、瓜种＇．．？＾化＇日期Ｉ；：日期）西南交通大学博±学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰。除文中己经注明引用的内容外写过的研究成果，。对本文的研究做出贡献的个人和集体均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下；（１）基于细观力学的稀疏理论和自洽理论，推导了含二维和Ｈ维随机裂纹弹性体的有效拉伸／压缩模量的理论模型；一（２）基于含裂纹弹性体的有效模量理论模型，推导了维平

5、面纵波在含裂纹弹性体中传播时的波动解，进而推导了相应的超声非线性系数与裂纹密度之间的定量关系；（３）采用同向共轴混合波方法检测超声非线性系数，探讨了实验条件下频率偏差和准共轴状态的影响，对于指导和改进同向混合波技术的实际应用有重要现实意义；（４）基于有限谱单元理论，开发了相应的有限谱单元，用解决非线性混合波问题的大规模数值计算问题。学位论文作者签名；日期：心ｖｒ，西南交通大学博±研究生学位论文第Ｉ页摘要、、，常规的无损检测技术，如超声检测射线检测声发射检测和小波诊断技术等由于其检测精度和灵敏度的限制，因

6、而难Ｗ使用上述手段对材料的早期性能退化进行定量的检测和评估。然而，随着电子技术和相关理论的迅速发展，超声非线性检测技术已经得到越来越多的关注和应用。大量的实验证明，材料本构关系中的非线性弹性行为来源于材料微观结构，如微裂纹、位错和析出相等。而超声非线性检测技术基于测量弹性波通过含非线性弹性材料所产生的高阶谐波，并Ｗ声学手段提取材料非线性特征，用于无损评估材料的损伤状态。超声非线性检测技术对空间尺寸远小于超声波波长的材料微观结构特征有足够的灵敏度，因此广泛应用于疲劳损伤、时效等材料早期性能退化的检测和评估。尤其近年来工程领域中

7、更加关注疲劳导致的材料早期损伤。微裂纹与疲劳损伤密切相关，然而对于微裂纹的超声非线性机理的理论研究还存在欠缺、随机分布微裂纹与超声非。本文主要针对随机分布微裂纹与材料弹性常数的关系线性系数的定量关系、共轴同向混合波方法检测超声非线性的数值和实验研究等几个重要问题，进行理论分析、数值模拟和实验验证。本文重点研究含微裂纹结构在波动条件下的力学行为。为了研究微裂纹与超声非线性系数之间的定量关系，基于双线性刚度模型，本文首先研究含微裂纹结构的有效拉伸／压缩模量，。基于单条裂纹的裂纹张开位移静态理论解通过求解弹性波通过单条裂纹的散

8、射场获得相应的动态修正系数，进而得到单条裂纹的裂纹张开位移动态理论解，推导出含随。然后