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你知道“第三超声波”吗?来看这种新型超声检测技术的厉害之处
发布:kittyll   时间:2018/10/10 16:02:25   阅读:132 
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日本丰桥技术科学大学(Toyohashi University of Technology)助理教授Yosuke Ishii领导的研究小组发现,当两个超声波在一个薄板内相交时,会产生新的“第三超声波(third ultrasonic wave)”。这种新型波在响应材料损伤时,会表现出不同的强度,因此,可将其用于薄板结构的无损检测。相对传统技术而言,这项新技术能够精确无损地检测材料疲劳和早期损坏。
 

两个超声波在(左侧)板中相交,第三个超声波通过(右侧)过滤被提取出来。来源:丰桥技术科学大学

除非物体是透明的,否则人类无法用肉眼看到物体的内部。不过,这种新发现的“第三超声波”具备这种能力,它能够对材料中存在的各种缺陷做出响应。因此,通过测量缺陷反射波,我们可以了解到材料是否存在损伤。换句话说,我们可以在不破坏材料的前提下,对其进行“透视”。该技术利用了超声波无损检测原理。

与人类一样,材料也会疲劳。即使负载较小,但在多次重复使用时,也会导致材料疲劳。疲劳会使得材料产生微小损坏,随后损坏不断变大,并最终导致材料失效。

薄板材料被广泛用于大型构件中,如二战后日本经济高速增长时期建造的发电厂。现在这些结构已经逐渐老化,利用非破坏性方法测试其疲劳程度是极其重要的。在现有技术范围内,除非材料实际发生大程度损坏(可反射超声波的损坏),否则我们无法检测出来。因此,建立一种能够在材料发生微小损伤甚至更早时,即可准确评估材料疲劳的技术至关重要。
 

来源: CC0 Public Domain

考虑到这一点,研究人员将注意力转向“三波互动”。这是两个交叉的超声波在板内产生第三个小超声波的现象。通过数值模拟和理论计算,研究小组成功地揭示了三波相互作用时,产生“第三超声波”的背后机制。“第三超声波”包含大量关于材料特性的信息,能够准确地测试材料疲劳的早期阶段(在发生大程度损坏之前)。

该研究团队旨在通过实验验证这项新技术,利用三波相互作用,为薄板材料创建一种新的无损检测方法,来准确评估材料损伤,特别是检测那些非常微小的,且利用现有技术无法检测到的材料损坏。这项新技术有望提高发电机组和飞机等重要结构的安全性和可靠性,随着逐步成熟完善可能进一步扩大应用范围。

译者:Iron-man
译自:phys.org
来源:日本丰桥技术科学大学

参考文献:Yosuke Ishii et al, Finite-element analysis of non-collinear mixing of two lowest-order antisymmetric Rayleigh–Lamb waves, The Journal of the Acoustical Society of America (2018). DOI: 10.1121/1.5044422

 
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