层状复合固体板界面性质的非线性SH板波评价方法研究

在建立界面非线性弹簧模型的基础上，深入研究SH板波在含弱界面的复合固体板中传播时的非线性效应，揭示出界面性质对SH板波二次谐波发生效应所产生的影响。理论上着重研究具有空间积累增长性质的SH板波的二次谐波发生效应，并深入分析其与界面性质的内在联系。对于SH板波的二次谐波具有空间积累增长性质的情形，定义可准确描述二次谐波发生效率及界面性质的非线性SH板波应力波因子，对具有不同界面性质的复合固体板试件进行非线性SH板波检测与评价的实验研究。项目提出的复合固体板界面性质的非线性SH板波评价方法，既结合了SH板波检测技术的特点和非线性超声测量方法灵敏度高的优点，又克服了非线性兰姆波评价方法所存在的不足。此外，采用可准确描述界面性质细微变化的界面非线性弹簧模型，也有助于深刻揭示界面性质与SH板波二次谐波发生效应之间的内在联系。通过本项目可望探索出一种用于准确评价复合固体板界面性质的非线性SH板波方法。

在国家自然科学基金的支持下，我们较好地完成了本项目所拟定的研究内容，解决了拟定研究内容中的基本科学问题，达到了预期的研究目标。我们首先从理论上研究了固体界面的非线性弹簧模型，推导出非线性界面劲度系数的数学表达式。非线性弹簧模型的建立，使得采用有限的几个参数准确描述固体界面的性质成为可能，在固体界面性质的评价研究方面具有重要的理论和实际意义。在此基础上深入研究了SH板波在含弱界面的复合固体板中传播时的非线性效应，揭示出固体界面性质对SH板波二次谐波发生效应所产生的影响。从理论上深入研究了具有空间积累增长性质的SH板波的二次谐波发生效应，分析了其与固体界面性质的内在联系；界面性质可从多个方面对SH板波的二次谐波发生效应产生影响。相对于理想界面的情形而言，SH板波的二次谐波发生效应可用于准确定征复合固体板界面性质的退化。为了克服实验研究中所遇到的困难，消除激发和接收斜劈超声换能器对超声导波二次谐波信号测量所带来的不可避免的影响，我们提出了一种基于群速度失配的超声导波二次谐波的时域测量方法；该方法放宽了超声导波(SH板波和兰姆波)二次谐波的测量条件，且完全扣除了斜劈换能器对二次谐波信号测量所带来的影响，所测得的二次谐波信号完全来自于基频超声导波时域信号的二次谐波发生效应。理论和实验证明了超声导波的二次谐波发生效应可准确定征板材的界面/表面性质。项目提出的固体板界面/表面性质的非线性超声导波评价方法，既结合了超声导波检测技术的特点和非线性超声测量方法灵敏度高的优点，又可扣除斜劈超声换能器对二次谐波信号测量所带来的影响。本项目所取得的研究结果对于探索一种可用于准确评价固体板界面/表面性质的非线性超声导波方法奠定了理论和实验基础。此外，在本项目的支持下，我们提出了一种可激发高纯度横波模式的超声换能器结构；进一步研究了采用非线性超声导波方法评价合金材料的热退化、老化及蠕变等损伤；以及研究了评价层状材料性质微小变化的非线性超声反射方法等。