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原文传递一种纤维复合材料弹性常数超声相控阵测量方法

专利名称：	一种纤维复合材料弹性常数超声相控阵测量方法
摘要：	本发明公开了一种纤维复合材料弹性常数超声相控阵测量方法。采用超声相控阵采集设备对纤维增强复合材料的单侧进行一次全矩阵数据采集；根据仅一次采集获得的全矩阵数据提取渡越时间并计算获得实际声波群速度；利用声波群速度以及声波群速度与理论群速度之间的关系处理得到纤维增强复合材料的完整弹性常数。本发明通过单次超声相控阵全矩阵数据采集，自动测量得到纤维增强复合材料全部弹性常数，简化了数据采集方式与步骤及反演计算过程，满足纤维增强复合材料弹性常数原位快速检测与自动测量需求。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	陈剑;俞振炀
专利状态：	有效
申请日期：	2023-04-25T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202310453412.X
公开号：	CN117030843A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	林超
分类号：	G01N29/04;G01N29/07;G01N29/44;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/04;G01N29/07;G01N29/44
申请人地址：	310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种纤维复合材料弹性常数超声相控阵测量方法，其特征在于，方法包括： S1、采用超声相控阵采集设备对纤维增强复合材料的单侧进行一次全矩阵数据采集； S2、根据仅一次采集获得的全矩阵数据提取渡越时间并计算获得实际声波群速度； S3、建立声波群速度与理论群速度之间的特定关系，利用声波群速度以及声波群速度与理论群速度之间的关系处理得到纤维增强复合材料的完整弹性常数。 2.根据权利要求1所述的一种基于超声全矩阵数据的纤维增强复合材料弹性常数测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，提取的渡越时间包括全矩阵数据中A扫信号的渡越时间。 3.根据权利要求1所述的一种基于超声全矩阵数据的纤维增强复合材料弹性常数测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，提取的渡越时间包括全矩阵数据中脉冲-回波模式的A扫信号的准纵波、准横波和纯横波的渡越时间，以及全矩阵数据中俯仰-捕捉模式的A扫信号的准纵波的渡越时间。 4.根据权利要求1所述的一种基于超声全矩阵数据的纤维增强复合材料弹性常数测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，计算实际声波群速度具体为： S21、按照以下公式利用提取得到的脉冲-回波模式的A扫信号的准纵波、准横波和纯横波的渡越时间，分别计算得到准纵波、准横波和纯横波的群速度，公式如下： Vg1＝2d/T1 Vg2＝2d/T2 Vg3＝2d/T3 其中，d为纤维增强复合材料的厚度，T1、T2、T3分别为储存脉冲-回波模式的A扫信号的准纵波、准横波和纯横波的渡越时间的数组；Vg1、Vg2与Vg3分别为脉冲-回波模式的A扫信号的准纵波、准横波和纯横波的实际群速度； S21、按照以下公式利用提取得到的俯仰-捕捉模式的A扫信号的准纵波的渡越时间，计算得到发射角度θ下准纵波的实际群速度，公式如下： Vg4＝2d/(sinθT4) 其中，T4为储存俯仰-捕捉模式的A扫信号的准纵波的渡越时间的数组，Vg4分别为俯仰-捕捉模式的A扫信号的准纵波的实际群速度；θ表示发射角度。 5.根据权利要求4所述的一种基于超声全矩阵数据的纤维增强复合材料弹性常数测量方法，其特征在于：所述发射角度θ按照以下公式处理获得： θ＝tan-1(2d/(\|m-n\|pitch)) 其中，n为超声相控阵采集设备中的发射阵元数为，m为超声相控阵采集设备中的接收阵元数，pitch为超声相控阵采集设备中的阵元间距。 6.根据权利要求1所述的一种基于超声全矩阵数据的纤维增强复合材料弹性常数测量方法，其特征在于：所述步骤S3具体为： S31、利用脉冲-回波模式的A扫信号的准纵波、准横波和纯横波的实际群速度Vg1、Vg2与Vg3，按照以下公式计算得到弹性常数C22、C44、C55，计算公式如下： C22＝ρ(Vg1)2 C44＝ρ(Vg3)2 C55＝ρ(Vg2)2 其中，ρ为材料密度，C22、C44、C55分别表示准纵波相关弹性常数、纯横波相关弹性常数、准横波相关弹性常数，C22为刚度矩阵中第二行第二列参数，C44为刚度矩阵中第四行第四列参数，C55为刚度矩阵中第五行第五列参数，； S32、利用俯仰-捕捉模式的A扫信号的准纵波的实际群速度Vg4与理论群速度Vg4_cal之差的平方累加作为目标函数，利用全局寻优算法进行求解得到剩余两个弹性常数C11与C12： f(C11,C12)＝Min∑k(Vg4_cal(C11,C12)-Vg4)2 其中，C11为刚度矩阵中第一行第一列参数，C12为刚度矩阵中第一行第二列参数；f()表示C11与C12的优化目标函数；Min表示取最小值；k＝1,…,K，k表示输入实际群速度与理论群速度的集合，K表示集合上限；Vg4_cal(C11,C12)表示利用公式计算预先得到的理论群速度，且理论群速度的大小与C11和C12有关； S33、最后由弹性常数C22、C44、C55和弹性常数C11、C12构成弹性刚度矩阵作为测量结果。
所属类别：	发明专利