薄板涂层结构镍镀层声学特性检测与弹性常数反演表征方法研究

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1、第50卷第4期机械工程学报VO1．50NO．420l4年2月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGFeb．2014DoI：1O．3901／JME．2014．O4．011薄板涂层结构镍镀层声学特性检测与弹性常数反演表征方法研究木宋国荣吕炎谭博涛龚裕吴斌何存富(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)摘要：针对表面涂层技术应用中薄板涂层结构材料弹性常数声学表征无损检测方法开展理论和试验研究。基于声学显微镜技术，利用自主研制的宽频线聚焦探头和非常规小尺寸材料超声无

2、损检测系统，进行小步距(20“m)精确散焦测量和大数据量回波信号(601组)数据采集；采用Z)分析方法获取薄板涂层结构材料的试验频散曲线；结合涂层结构材料声波传播特性分析及理论建模结果，改变纵波波速和横波波速获得不同的理论频散曲线，通过理论频散曲线与试验测量结果的曲线拟合，获取涂层材料声波波速，进而反演材料的弹性常数(0R泊松比和弹性模量)。多厚度镍镀层试验测量结果与理论值相吻合，表明测量分析方法可行、结果可靠。该研究成果为涂层材料力学性能无损检测和质量评价奠定了基础。关键词：涂层结构材料；z)

3、分析方法：弹性常数；频散曲线：无损检测中图分类号：TB52ResearchonMeasurementsofAcousticCharacteristicsofNickel-coatingPlateandInversionMethodofElasticConstantsSONGGuorongLUYanTANBotaoGONGYUWUBinHECunfu(CollegeofMechanicalEngineeringandAppliedElectronicsTechnology,BeijingUnive

4、rsityofTechnology,Beijing100124)Abstract：Theoreticalmodelandexperimentalresearchiscarriedoutonmaterialelasticconstantsinversionmethodofcoatingplatesbyacousticnon—destructivetest．Takingadvantageofthebroadbandlinefocustransducerandthepreciseultrasonicn

5、ondestructivedetectionsystemestablishedonourown，obtainedtheacousticcharacterizationofthincoatingstructure．Agreatanaountofdata(601groups)ofpulse-echosignalsareacquiredinanaccuratedefocusinginterval(20n)．vf,z)analyticalmethodisappliedontheextractionofm

6、easureddispersioncurvesforcoatingsheets．Associatedwiththetheoreticalanalysisofwavepropagationofcoatingmaterials．acomputationmodeloftheoreticaldispersioncurvesisestablished．Comparingtheexperimentaldatawiththetheoreticalcurves，theacousticwavevelocities

7、areobtainedbycurve—fittingmethod，andfinallytheinversionofelasticconstants，e．g．Young’SmodulusandPoisson’Sratio，areachieved．Theexperimentalresultsagreewellwjmthetheoreticalones，whileitshowsthattheinversionmethodisfeasibleandreliable．Thisresearchlaidthe

8、foundationofnon—destructiveevaluationofmechanicalpropertiesofcoatingmaterials．Keywords：coatingstructure；Z)analyticaltechnique；elasticconstants；dispersioncurve；non—destructivetest材料表面防腐蚀、耐摩擦、抗氧化等表面防护功能。0前言目前，该技术已在微电子、计算机、机械、光学、航空航天和核工业等行业中得到广泛应用。随着表表面