微纳米级裂纹的非线性超声检测

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1、第１９卷第１期光学精密工程Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．１２０１１年１月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪａｎ．２０１１文章编号１００４９２４Ｘ（２０１１）０１０１３２０６微纳米级裂纹的非线性超声检测敦怡１，２，师小红１，王广龙１，周兆英２（１．军械工程学院，河北石家庄０５０００３；２．清华大学精密仪器与机械学系，北京１０００８４）摘要：为了实现对金属材料中微纳米级裂纹的超声检测，建立了非线性超声检测系统，研究了超声波与金属材料中裂纹的相互作用以及超声波的畸变效应。介绍了固体中普遍存在的超声非线性现象；以金属材料中的微纳米级裂纹

2、为例研究了裂纹与超声波相互作用产生的畸变效应；在分析超声波产生畸变的基础上，描述了超声高次谐波振幅的测量方法。最后，以金属材料疲劳裂纹为例，利用常规超声检测和非线性超声检测两种方法，证明了非线性超声检测在微纳米级裂纹检测中的有效性。实验结果表明：疲劳裂纹扩展长度与二次谐波激发效率关系密切；利用二次谐波，非线性超声检测方法检测出的裂纹长度比常规超声检测方法检测出的裂纹长度增加了３０％，实现了对金属材料微纳米级裂纹的检测。关键词：非线性超声检测；无损检测；二次谐波；微纳裂纹中图分类号：ＴＢ５５３；ＴＧ１１５文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．

3、２０１１１９０１．０１３２犖狅狀犾犻狀犲犪狉狌犾狋狉犪狊狅狀犻犮狋犲狊狋狅犳犿犻犮狉狅狀犪狀狅犮狉犪犮犽１，２，ＳＨＩＸｉａｏｈｏｎｇ１，ＷＡＮＧＧｕａｎｇｌｏｎｇ１，ＺＨＯＵＺｈａｏｙｉｎｇ２ＤＵＮＹｉ（１．犗狉犱狀犪狀犮犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅犾犾犲犵犲，犛犺犻犼犻犪狕犺狌犪狀犵０５０００３，犆犺犻狀犪；２．犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犘狉犲犮犻狊犻狅狀犐狀狊狋狉狌犿犲狀狋狊犪狀犱犕犲犮犺犪狀狅犾狅犵狔．，犜狊犻狀犵犺狌犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００８４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｓｅｌｆｂｕｉｌｔｎｏｎｌｉｎｅ

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5、ｓｉｎｓｏｌｉｄｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｕｎｉｖｅｒｓａｌ，ｔｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｓａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｎａｎｏｃｒａｃｋｓｉｎｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｈｉｇｈｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃａｍｐｌｉｔｕｄｅｗａｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｒｅｇｕｌａｒｕｌ

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7、ｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｓｉｓ３０％ｌｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｂｙｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｔｅｓｔｆｏｒｍｉｃｒｏｎａｎｏｃｒａｃｋｓｉｎｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｎｏｎｃｏｎｔａｃｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃ；ｍｉｃｒ

8、ｏｎａｎｏｃｒａｃｋｓ收稿日期：２０１００３２６；修订日期：２０１００５２８．基金项目：国家自然科学基金资助项目