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表面粗糙度对固体内部超声背散射的影响

宋永锋 李雄兵 史亦韦 倪培君

表面粗糙度对固体内部超声背散射的影响

宋永锋, 李雄兵, 史亦韦, 倪培君
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  • 超声背散射法可通过多晶体金属内部的空间方差信号,实现微观结构参数的无损评价,但表面粗糙度对评价模型的精度及实用性存在显著影响.基于高斯声束理论推导垂直入射粗糙界面的纵波声场,以此研究声能的Wigner分布规律;在超声的波长远大于粗糙度的前提下,构造表面粗糙度修正系数,并建立粗糙界面的单次散射响应模型,揭示粗糙度对超声波背向散射的影响规律.用304不锈钢制备轮廓均方根值为0.159 m的光滑试块和25.722 m的粗糙试块开展超声背散射实验,结果表明模型在粗糙度修正前后均可实现光滑试块的晶粒尺寸有效评价,但未经修正的传统模型对粗糙试块的晶粒尺寸评价结果与金相法结果的相对误差高达-21.35%,而本模型的评价结果与金相法结果符合得很好,相对误差仅为1.35%.可见,本模型能有效补偿粗糙度引起的超声背散射信号衰减,从而提高晶粒尺寸无损评价的精度.
      通信作者: 李雄兵, lixb213@mail.csu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61271356,51575541)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-29
  • 修回日期:  2016-07-04
  • 刊出日期:  2016-11-05

表面粗糙度对固体内部超声背散射的影响

  • 1. 中南大学交通运输工程学院, 长沙 410075;
  • 2. 北京航空材料研究院, 北京 100095;
  • 3. 中国兵器科学研究院宁波分院, 宁波 315103
  • 通信作者: 李雄兵, lixb213@mail.csu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61271356,51575541)资助的课题.

摘要: 超声背散射法可通过多晶体金属内部的空间方差信号,实现微观结构参数的无损评价,但表面粗糙度对评价模型的精度及实用性存在显著影响.基于高斯声束理论推导垂直入射粗糙界面的纵波声场,以此研究声能的Wigner分布规律;在超声的波长远大于粗糙度的前提下,构造表面粗糙度修正系数,并建立粗糙界面的单次散射响应模型,揭示粗糙度对超声波背向散射的影响规律.用304不锈钢制备轮廓均方根值为0.159 m的光滑试块和25.722 m的粗糙试块开展超声背散射实验,结果表明模型在粗糙度修正前后均可实现光滑试块的晶粒尺寸有效评价,但未经修正的传统模型对粗糙试块的晶粒尺寸评价结果与金相法结果的相对误差高达-21.35%,而本模型的评价结果与金相法结果符合得很好,相对误差仅为1.35%.可见,本模型能有效补偿粗糙度引起的超声背散射信号衰减,从而提高晶粒尺寸无损评价的精度.

English Abstract

参考文献 (41)

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