固-固界面接觸狀況的無損評價對于有接觸表面的零部件的設(shè)計和運行來說是很重要的。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)合先前的理論和實驗研究進展，對接觸界面的KT/KN的比值進行了討論。

實驗裝置如圖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測壓元件進行監(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算機。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(本實驗中為0.07MPa)下的界面回波作為參考信號，此時可以認(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，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)是基于實數(shù)的界面勁度，當(dāng)界面勁度用復(fù)數(shù)表示的時候，式(9-4)根據(jù)測得的反射振幅所給出的是等效實數(shù)動態(tài)勁度。

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