基于空气耦合超声的多层弹性介质物理参数测量

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1、中图分类号：TB553论文编号：102870118-S084学科分类号：080104硕士学位论文基于空气耦合超声的多层弹性介质物理参数测量研究生姓名苏子文学科、专业工程力学研究方向超声波传播与检测指导教师吴大伟教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringMeasurementofPhysicalParametersofMulti-la

2、yerElasticMediumBasedonAir-CoupledUltrasoundAThesisinEngineeringMechanicsbyZi-wenSuAdvisedbyProfessorDa-weiWuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学硕士学位论文摘要多层弹性介质材料在科研与工程领域具有广泛的应用，对其面密度等基本物理参数的测量在新能源、航空航天等具体应用中有重要的意义。本文以空气耦合超声在亚波长(sub-wavelength)多层弹性介质中的传播为研究内容，对多层弹

4、性介质材料关键物理参数的非接触、快速、无损测量做出初步探索。本论文的主要研究内容和成果如下：针对空气耦合超声波在多层弹性介质中传播，在经典Brekhovskikh公式的基础上，探讨了声速、厚度和密度对反射和透射系数的影响，在此基础上提出了一种简化算法；并通过MATLAB仿真计算进一步分析了简化算法与Brekhovskikh公式的误差。针对空气耦合超声在多层弹性介质中透射传播，提出了一种衰减测量方法，并以此反演出多层介质的面密度。搭建了基于图形化编程开发平台LabVIEW的空气耦合超声系统。此系统可以对多层弹性介质进行测量。

5、基于上述，测量了典型的多层介质锂电池薄膜面密度。测量的面密度值与标准公式误差在万分之一以内，与工业标准测量值误差在百分之三以内。研究表明正弦信号和正弦脉冲信号作为超声换能器激励信号测得面密度精度较高。上述工作对超声无损检测技术的实时在线应用有一定的指导作用。关键词：多层弹性介质，简化算法，空气耦合超声平台，透射衰减，面密度本课题来源于国家自然科学基金资助项目（项目号：51675278）。本学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。i基于空气耦合超声的多层弹性介质物理参数测量ABSTRACTMulti-layerela

6、sticmediummaterialhasbeenwidelyusedinthefieldofscientificresearchandengineeringapplication.Themeasurementsoftheirkeyparametersincludingdensityareessentialformanypracticalapplicationssuchasinnewenergyandaerospaceindustries.Thisprojectaimstostudythewavepropagationof

7、air-coupledultrasoundinsub-wavelengththinmulti-layeredmedia.Thestudyisintendedtodevelopanalternativerapid,noncontact,andnon-destructiveapproachbasedonair-coupledultrasoundtomeasurekeyparametersofthinelasticmulti-layeredmedia.Themaincontentsareasfollows:Tostudythea

8、ircoupledultrasoundpropagationinamulti-layerelasticmedia,thispaperfirstdiscussedtheinfluenceofwavevelocity,thicknessanddensityonthereflectionandtransmis