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接触表面劲度评价(二)

来源: | 发布日期:2022-08-12

        在换能器的标称频率(2.25MHz)处,纵波和横波的反射系数相对于所施加的标称压力的变化如图9-31所示。观察发现,当接触压力增加时,反射系数明显降低,然而在卸载时回复到最初的水平。A型CIW的相速度同样为在1MHz时所求得的值(见图9-31)。可以看到,随着压力的增加,相速度也从瑞利波速度(2845m/s)开始增加,逐渐逼近横波的声速(3040m/s)。


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图9-31  不同接触压力下,纵波和横波(2.25MHz) 反射系数以及CIW(1MHz)相速度的变化


        根据体波的反射系数,可由式(9-4)计算出法向和切向劲度,2.25MHz时相对于接触压力的结果如图9-32所示。观察发现:两个劲度都随着接触压力的增加而增加,并在卸载过程中逐渐减小到零,仅有很小的滞后。这与先前有关报道中关于PMMA—PMMA接触表面的情况不同,这可能是因为粘合作用而产生了明显的滞后现象。通过式(9-5)由CIW同样得到了切向劲度的相速度。图9-33所示的是1MHz时的结果。


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图9-32 由体波反射所得的界面劲度与接触压力

之间的关系(2.25MHz) 


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  图9-33  由CIW的速度所得到的接触压力

 与切向劲度之间的依赖关系(1MHz)


        如前所述,切向劲度03是通过测量横波反射和A型CIW得到的。由于在这些测量过程中超声波信号的带宽不一样,因此不能对03的值在相同的频率上直接进行比较,但为了比较它们的变化趋势,在图9-34中画出了相应频带内切向劲度的变化曲线:反射横波在1.4MHz以上测得03值,而CIW则在1.3MHz以下测得03值。两种测量法都显示出03值随着频率的增加而增加,这在先前针对PMMA的研究中也有所发现。在所关注的数量级上,横波反射和CIW测量得到了一致结果。它们之间的一致性在中等接触压力时是合理的,但当压力变得更低(0.25MPa)或者更高(3.83MPa)的时候,两者的一致性变差。应该注意的是,CIW的相速度反映了整个传播距离内的接触情形,而反射测量只反映了局部的情形。目前的测量中很可能存在着某种程度的不均匀性接触,尽管这样,两种测量结果在数量级上的一致性体现了超声法评价界面劲度的正确性。


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图9-34  加载过程中在不同压力下由横波反射和CIW速度测量所得到的切向劲度与频率的依赖关系


        图9-35给出了法向和切向劲度随频率的变化,两者都是通过体波反射来求得的。两种劲度都随着频率的增加而增加,其中法向劲度曲线的斜率似乎更大一些;另一方面,在先前的研究中,测量都是在更高的压力条件下进行的,有的甚至高达100MPa,其结果同与频率无关的劲度参数相符合。本研究中观测到的界面劲度对频率的依赖关系可能是在接触压力较小的情况下而出现的特有现象。


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图9-35  由体波反射所得到的加载过程中不同压力下的界面劲度对频率的依赖关系


        根据体波反射的结果,以切向劲度对法向劲度的比值03/02为纵坐标,以频率为横坐标作图(见图9-36),与劲度本身形成对比的是,比值03/02对接触压力的依赖没有那么明显。取而代之的是,比方说这个比值似乎在频率高于2MHz时是一个随频率增加而减少的函数。


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图9-36  不同频率下的劲度比率和接触压力的依赖关系



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