金属材料拉伸应力非线性超声特性研究

来源：机械工程学报杂志2016年第6期北京时间：

作者：阎红娟, 徐春广, 肖定国, 蔡海潮

单位：1. 北方工业大学机械与材料工程学院 北京 100144; 2. 北京理工大学机械与车辆学院 北京 100081

摘要：使用摄动法求解小应变情况下一维非线性波动方程,研究超声波在固体介质中传播时非线性波动规律,分析二阶非线性系数β、三阶非线性系数δ与基波和各次谐波关系。据此研究金属材料在拉伸应力变化时,高阶非线性系数β、δ等参数随拉伸应力变化规律。构建非线性超声检测系统,测量2024铝合金和45钢在拉伸试验过程中非线性系数β、δ的变化趋势。试验结果表明：非线性系数与拉伸应力σ呈单调上升关系。对于2024铝合金,当拉伸应力σ小于屈服极限的84.6%时,二阶非线性系数β与拉伸应力σ近似成线性关系;当拉伸应力σ大于屈服极限84.6%时,二阶非线性系数β随拉伸应力σ的增加变化很小。对于45钢,当拉伸应力σ小于屈服极限的84.5%,二阶非线性系数β与拉伸应力σ近似成线性关系;当拉伸应力大于屈服极限的84.5%时,二阶非线性系数β急剧增加。对于三阶非线性系数δ,2024铝合金和45钢转变点分别出现在屈服极限的76.9%和78.9%处。二阶与三阶非线性系数对于拉应力具有不同的灵敏度,三阶非线性系数δ比二阶非线性系数β对应力的变化更为敏感。

关键词：非线性超声,高阶非线性系数,拉伸应力；

基金资助：国家自然科学基金(51275042)、国家重大科技工程专项(2011ZX04014-081)和科技部国际合作专项(S2012ZR0084)资助项目