[发明专利]多层粘接结构界面形态检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种多层粘接结构界面形态检测方法。

背景技术

粘接结构在机械、电子、建筑、航空航天等领域得到了广泛的应用。针对不同材料的粘接，选用的粘接剂以及粘接质量控制技术也有所不同。粘接剂选用不当、粘接界面的处理技术不过关等因素极有可能造成粘接强度的下降，严重影响粘接结构的力学性能。为保证粘接结构在服役过程中的机械强度与稳定性，必须要对粘接界面的性能进行无损检测与评估。因此，针对粘接界面力学行为及其表征技术的研究具有重要的学术意义和应用价值。

一般地，粘接界面的结合形式可细分为五种不同形态，即刚性连接界面、弱粘接界面、滑移界面、接触界面以及脱粘界面。弹簧模型适用于小位移及小变形的固体结构，因此，粘接结构的粘接界面可用弹簧模型进行研究。界面的刚度则是评价界面粘接质量的关键因素之一，依据弹簧模型边界条件，若将界面的法向刚度系数K_N与切向刚度系数K_T组合，并对其(法向与切向刚度系数)赋予不同的数值，则可从数学上间接表征粘接界面的力学状态。对于刚性连接界面，界面上切向和法向的位移和应力连续，界面刚度条件满足：K_N→∞，K_T→∞；弱粘接界面能传递各应力分量，其界面上的刚度边界条件应满足：0＜K_N＜∞，0<K_T＜∞；滑移界面上法向的位移和应力连续，切向应力为零，切向位移不连续，其界面刚度边界条件为：K_N→∞，K_T→0；接触界面只能传递部分法向正应力，其界面刚度条件可表示为：0＜K_N＜∞，K_T→0；完全脱粘是理想分离状态，界面上的法向和切向应力均为零，因此，其刚度边界条件为：K_N→0，K_T→0。需要特别指出，符号“∞”并非表示取值无限大，而是指要大于或等于粘接结构界面为刚性连接时所能达到的最大刚度值。

近年来利用超声波检测粘接结构界面的研究已取得了一定进展，证实了利用超声波检测粘接界面的可行性及发展潜力。但目前所有的研究成果中主要是对粘接界面的刚性连接界面、弱粘接界面和脱粘界面进行区分，很少部分机构研究了接触界面和滑移界面。Qiu等学者在2012年Acta Mechanica Sinica发表的文章“Ultrasonic beam steering using Neumann boundary condition in multiplysics”，Murashov在2014年Polymer Science Series发表的文章“Identification of areas of absence of adhesive bonding between layers in multilayer structures”和李明轩等学者在2013年应用声学发表的文章“粘接界面特性的超声检测与评价”等发表的文章或公开的研究成果仅研究了刚性连接界面、弱粘接界面或脱粘界面，并未为鉴别上述五种界面(刚性连接界面、弱粘接界面、滑移界面、接触界面以及脱粘界面)提供有效的辨别方法。本发明的目的就是基于波传播的控制方程，将粘接界面的力学特性用法向和切向刚度系数(K_N和K_T)进行表征，推导出超声纵波入射时，三层粘接结构中纵波和横波的反射与透射系数表达式。通过分析声波经过不同形态界面时的反射和透射回波的反射和透射系数变化较为敏感的特点，对粘接结构界面处于何种形态的鉴别给出一种切实可行的方法。

发明内容

本发明的目的是为了对先进粘接结构的界面健康状况进行评估，提出一种用于粘接界面形态鉴别的超声波测量方法。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

1.1.对于各向同性弹性固体介质，若忽略体力，Navier波动控制方程、本构方程以及纵波和横波(此处及下文提及的横波均指SV横波)的位移势函数和ψ可分别写为等式(1)、等式(2)以及等式(3)。

其中，为偏微分算子，为Laplace算子；u_x和u_y分别为沿着x和y方向的位移分量，σ_x和τ_xy分别为沿着x和y方向的应力分量；ρ为材料密度，t为时间；λ和μ分别为固体介质的Lame常数。