[发明专利]基于裂纹尖端效应结合激光超声测量材料弹性常数的方法

权利要求书

1.基于裂纹尖端效应结合激光超声测量材料弹性常数的方法，其特征在于，对待测材料进行预处理；然后利用脉冲激光激发出超声波，利用裂纹实现声表面波的反射和模式转换，通过采集声表面波计算待测材料的声表面波波速和横波波速，结合待测材料的弹性常数与波速的关系，对待测材料的剪切弹性常数G进行测定；

预处理具体为：

在待测材料表面加工一条裂纹，裂纹的宽度为0.1mm，深度为0.5～0.9mm，用于对待测材料声表面波的反射和模式转换，声表面波的一部分在经过裂纹时发生模式转换，将声表面波转换为横波，以横波模式在待测材料内部传播，在到达待测材料底部时发生回弹，再次经过裂纹转换成声表面波，并被探头接收到，其传播时间对应横波的传播时间，记录激励点与裂纹的垂直距离x；在接收到的声表面波信号中得到若干波峰，第1个波峰为直达波，第2个波峰为裂纹反射波，第3个波峰为在第一个奇异点经过两次模式转换后的声表面波；第1个波峰和第2个波峰之间的时间差对应声表面波的传播时间t₁，传播距离为激励点与裂纹的垂直距离x的两倍，第2个波峰和第3个波峰之间的时间差对应了横波的传播时间t₂，传播距离为材料厚度h的两倍，横波波速c_s计算如下：

其中，t₂为第二个波峰与第三个波峰之间的时间差，h为材料厚度；

声表面波遇到裂纹时，除发生模式转换外的剩余部分发生反射，利用表面波探头对反射波进行采集，并计算其波速，表面波波速c_r计算如下：

其中，t₁为第一个波峰与第二个波峰之间的时间差，x为激励点与裂纹之间的垂直距离；

在获得声波波速后，根据声波波速和弹性常数之间对应关系获得弹性常数如下：

其中，ρ为材料密度，μ为泊松比，E为弹性模量；

剪切弹性模量G表示如下：