固-固界面接觸狀況的無損評價(jià)對于有接觸表面的零部件的設(shè)計(jì)和運(yùn)行來說是很重要的。在無損檢測以及地球物理探測中也會遇到類似情況，例如裂紋發(fā)生閉合乃至斷層由于溫度或負(fù)載變化而與相鄰介質(zhì)發(fā)生接觸的情況。對此，超聲波反射/透射測量技術(shù)提供了一種有效的定量評價(jià)方法，即提出利用所謂的界面勁度來度量固-固界面接觸的緊密程度。界面勁度同樣與沿接觸界面?zhèn)鞑サ慕缑娌ǖ乃俣扔嘘P(guān)。

研究接觸表面的界面勁度有很多方法，依據(jù)的原理也有所不同。例如體波的垂直和傾斜反射，單界面和雙界面的反射，導(dǎo)波的速度和衰減等。要特別指出的是，Biwa等人通過體波反射和界面波速度兩種測量方法評價(jià)了相接觸的聚乙烯(甲基丙烯酸甲酯)( PMMA)試塊的法向勁度(KN)和切向勁度(KT)。由這兩種獨(dú)立的測量手段所得到的KT值是一致的，且KT/KN的比值符合一個(gè)現(xiàn)有的理論模型。

本文借助于兩塊拋光鋁塊之間的接觸表面進(jìn)行了體波反射和界面波速度的測量。與前面提到的大多數(shù)研究相比，本研究更關(guān)注在相對較輕的載荷作用下界面的勁度變化。由于在這種條件下界面勁度的接觸壓力靈敏度最有意義，因此本研究非常重要。根據(jù)接觸界面的非線性聲學(xué)效應(yīng)，研究得出了界面勁度與檢測頻率之間的函數(shù)關(guān)系。另外，還結(jié)合先前的理論和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展，對接觸界面的KT/KN的比值進(jìn)行了討論。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖9-30所示。使兩鋁塊互相接觸并對其施加壓應(yīng)力，名義上的接觸壓力通過一個(gè)測壓元件進(jìn)行監(jiān)測。利用Panametrics5072PR脈沖發(fā)射/接收儀，通過直徑為12.7mm(0.5in)、標(biāo)稱頻率為2.25MHz的縱波和橫波壓電換能器向界面發(fā)射聲脈沖，并接收界面的反射脈沖，接收信號通過數(shù)字示波器設(shè)置為128次平均處理后存入計(jì)算機(jī)。換能器通過耦合劑與試樣相接觸，試樣背面與用金屬墊圈箍緊的橡膠墊相連，這樣可以在接觸壓力變化時(shí)保持探頭與試樣之間恒定的耦合條件。

利用傳統(tǒng)的FFT 技術(shù)，可以得到作為頻率函數(shù)的縱波反射系數(shù)RL和橫波反射系數(shù)RT。選用在較輕的接觸壓力(本實(shí)驗(yàn)中為0.07MPa)下的界面回波作為參考信號，此時(shí)可以認(rèn)為界面上發(fā)生的是全反射。當(dāng)用波的位移振幅表征縱波和橫波反射系數(shù)RL和RT時(shí)，界面的法向勁度KN和切向勁度KT可以通過下面的公式來計(jì)算:

式中，、c_L和c_T分別是相接觸固體的密度、縱波和橫波聲速；ω 是角頻率。應(yīng)注意，式(9-4)是基于實(shí)數(shù)的界面勁度，當(dāng)界面勁度用復(fù)數(shù)表示的時(shí)候，式(9-4)根據(jù)測得的反射振幅所給出的是等效實(shí)數(shù)動(dòng)態(tài)勁度。

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