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粗糙接触界面超声干耦合特性研究

唐东林 吴薇萍 胡琳 汤炎锦 丁超

唐东林,吴薇萍,胡琳, 等. 粗糙接触界面超声干耦合特性研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(6):910-918 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190211
引用本文: 唐东林,吴薇萍,胡琳, 等. 粗糙接触界面超声干耦合特性研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(6):910-918 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190211
Tang Donglin, Wu Weiping, Hu Lin, Tang Yanjin, Ding Chao. Study on Ultrasonic Dry Coupling Performance of Rough Contact Interface[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(6): 910-918. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190211
Citation: Tang Donglin, Wu Weiping, Hu Lin, Tang Yanjin, Ding Chao. Study on Ultrasonic Dry Coupling Performance of Rough Contact Interface[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(6): 910-918. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190211

粗糙接触界面超声干耦合特性研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190211
基金项目: 四川省科技支撑项目(2017FZ0033)、成都市技术创新研发项目(2018-YF05-00201-GX)及西南石油大学国家重点实验室项目(PLN201828)资助
详细信息
    作者简介:

    唐东林(1970−),教授,博士生导师,研究方向为无损检测技术、光机电一体化技术,tdl840451816@163.com

  • 中图分类号: TB553

Study on Ultrasonic Dry Coupling Performance of Rough Contact Interface

  • 摘要: 为提高粗糙接触界面的声耦合性能,对超声波与粗糙界面间的相互作用进行研究。通过界面分形模型的建立,得到含分形参数的接触刚度表达式,并结合界面声学模型分析不同耦合条件下声反射系数的变化;搭建超声干耦合实验平台,通过实验测得粗糙铝板表面轮廓,利用结构函数法对分形维数进行测定,并对不同分形维数的粗糙铝板进行受压条件下的反射系数测量。结果表明:对粗糙接触界面施加一定载荷有利于超声波在界面处的传播,且分形维数较大的粗糙铝板达到良好声耦合效果所需的载荷更小,更便于超声干耦合检测的实施。
  • 图  1  干耦合检测原理图

    图  2  界面弹簧模型

    图  3  两粗糙表面间的接触

    图  4  单峰接触模型

    图  5  粗糙接触刚度kn与接触面积a及分形维数D的关系

    图  6  临界接触面积ac与分形维数D及接触体硬度H的关系

    图  7  界面接触面积Ar与界面载荷Wn的关系

    图  8  界面接触面积Ar与界面刚度Kn的关系

    图  9  界面总载荷Wn与界面接触刚度Kn间的关系

    图  10  界面总接触面积Ar、分形维数D与声反射系数R的关系

    图  11  界面总接触面积Ar、分形尺度参数G与声反射系数R的关系

    图  12  不同粗糙度的铝板

    图  13  粗糙轮廓曲线

    图  14  粗糙轮廓结构函数双对数曲线图

    图  15  无标定区域的线性回归图

    图  16  超声干耦合检测实验平台示意图

    图  17  超声干耦合检测实验平台实物图

    图  18  不同粗糙铝板干耦合受压实验

    图  19  部分超声干耦合回波信号

    图  20  不同分形维数下粗糙铝板反射系数随载荷的变化

    表  1  不同粗糙度铝板的分形维数

    铝板
    试样
    回归直线
    斜率
    粗糙轮廓
    分形维数D
    铝板试样
    粗糙度/μm
    1 0.686 7 1.656 65 2.504
    2 0.603 5 1.698 25 1.968
    3 0.427 2 1.786 40 0.979
    4 0.894 7 1.552 65 4.181
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  • [1] 艾春安, 曾一平, 李剑, 等. 复合材料干耦合声学检测技术的发展与应用[J]. 无损检测, 2012, 34(9): 50-54

    Ai C A, Zeng Y P, Li J, et al. Development and application of dry-coupled acoustic detection technology for composites[J]. Nondestructive Testing, 2012, 34(9): 50-54 (in Chinese)
    [2] 穆洪彬, 吴朝军, 吴晨, 等. 干耦合超声检测技术在某火箭发动机喷管在役检测中的应用[J]. 无损检测, 2013, 35(6): 40-43

    Mu H B, Wu Z J, Wu C, et al. Application of dry coupling ultrasonic detecting technology for the rocket engine nozzle[J]. Nondestructive Testing, 2013, 35(6): 40-43 (in Chinese)
    [3] 周娥, 王晓勇. 干耦合穿透法在橡胶复合材料无损检测中的应用研究[J]. 航天制造技术, 2017, (2): 47-49 doi: 10.3969/j.issn.1674-5108.2017.02.013

    Zhou E, Wang X Y. Application of dry coupled penetration method in nondestructive testing of rubber composites[J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2017, (2): 47-49 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1674-5108.2017.02.013
    [4] Robinson A M, Drinkwater B W, Allin J. Dry-coupled low-frequency ultrasonic wheel probes: application to adhesive bond inspection[J]. NDT & E International, 2003, 36(1): 27-36
    [5] 田志亮, 孙守林, 邱俊, 等. 考虑支撑结构及螺栓连接的变桨轴承强度分析[J]. 机械设计与制造, 2018, (5): 127-130 doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2018.05.038

    Tian Z L, Sun S L, Qiu J, et al. Strength analysis for pitch bearing considered the support structure and bolt connection[J]. Machinery Design & Manufacture, 2018, (5): 127-130 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2018.05.038
    [6] 何清, 刘更, 佟瑞庭. 二维多粗糙峰粘着接触问题的有限元分析[J]. 机械科学与技术, 2010, 29(10): 1306-1310

    He Q, Liu G, Tong R T. Finite element analysis of multi-asperity adhesion contact problems[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2010, 29(10): 1306-1310 (in Chinese)
    [7] 王立华, 杨竹, 陆梓, 等. 机械结合面微观接触弹流润滑数值分析[J]. 机械科学与技术, 2016, 35(10): 1531-1537

    Wang L H, Yang Z, Lu Z, et al. Numerical analysis on micro-elastohydro dynamic lubrication of machine joint surfaces[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2016, 35(10): 1531-1537 (in Chinese)
    [8] 成雨, 原园, 甘立, 等. 尺度相关的分形粗糙表面弹塑性接触力学模型[J]. 西北工业大学学报, 2016, 34(3): 485-492 doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2016.03.020

    Cheng Y, Yuan Y, Gan L, et al. The elastic-plastic contact mechanics model related scale of rough surface[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2016, 34(3): 485-492 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2016.03.020
    [9] 原园, 张利华, 徐颖强. 粗糙球形表面的分形接触力学模型[J]. 西安交通大学学报, 2019, 53(5): 176-186

    Yuan Y, Zhang L H, Xu Y Q. Mechanical model of contact between a sphere-based fractal rough surface and a rigid flat surface[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2019, 53(5): 176-186 (in Chinese)
    [10] Johnson K L. Contact mechanics[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1985
    [11] Greenwood J A, Williamson J B P P. Contact of nominally flat surfaces[J]. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1966, 295(1442): 300-319
    [12] Sayles R S, Thomas T R. Surface topography as a nonstationary random process[J]. Nature, 1978, 271(5644): 431-434 doi: 10.1038/271431a0
    [13] Majumdar A, Tien C L. Fractal characterization and simulation of rough surfaces[J]. Wear, 1990, 136(2): 313-327 doi: 10.1016/0043-1648(90)90154-3
    [14] 黄健萌, 戴煜宸, 林有希, 等. 纳观分形粗糙表面的建模分析[J]. 摩擦学学报, 2018, 38(2): 138-144

    Huang J M, Dai Y C, Lin Y X, et al. Modeling and analysis of fractal rough nanoscale surfaces[J]. Tribology, 2018, 38(2): 138-144 (in Chinese)
    [15] Tattersall H G. The ultrasonic pulse-echo technique as applied to adhesion testing[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 1973, 6(7): 819-832 doi: 10.1088/0022-3727/6/7/305
    [16] Majumdar A, Bhushan B. Fractal model of elastic-plastic contact between rough surfaces[J]. Journal of Tribology, 1991, 113(1): 1-11 doi: 10.1115/1.2920588
    [17] Mandelbrot B B. Stochastic models for the Earth's relief, the shape and the fractal dimension of the coastlines, and the number-area rule for islands[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1975, 72(10): 3825-3828 doi: 10.1073/pnas.72.10.3825
    [18] 葛世荣, 朱华. 摩擦学的分形[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.

    Ge S R, Zhu H. Fractal in tribology[M]. Beijing: China Machine Press, 2005 (in Chinese)
    [19] 张学良. 机械结合面动态特性及应用[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2002

    Zhang X L. The dynamic characteristics of machine joint surfaces and its application[M]. Beijing: China Science and Technology Press, 2002 (in Chinese)
    [20] Connolly R, Thornley R H. Determining the normal stiffness of joint faces[J]. Journal of Engineering for Industry, 1968, 90(1): 97-106 doi: 10.1115/1.3604614
    [21] 王鹏程. 基于分形理论的结合面接触特性分析[D]. 昆明: 昆明理工大学, 2015

    Wang P C. The characteristic analysis of joint surface contact based on fractal theory[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2015 (in Chinese)
    [22] 郑晖, 林树青. 超声检测[M]. 2版. 北京: 中国劳动社会保障出版社, 2008

    Zheng H, Lin S Q. The second edition of ultrasonic testing[M]. 2nd ed. Beijing: China Labor and Social Security Press, 2008 (in Chinese)
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  • 收稿日期:  2019-05-09
  • 刊出日期:  2020-06-05

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