多晶材料散射模型及识别实验研究
Ultrasonic scattering model and identification experiment of polycrystalline materials作者机构：陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室西安710119 泸州高新技术研究所泸州646000
出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)
年 卷 期：2024年第73卷第3期
页 面：134-142页
核心收录：
学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学]
基 金：国家自然科学基金(批准号:12174241)资助的课题
摘 要：超声波识别在国防、军事、航空航天、核设施等高科技领域具有重要的应用价值.利用超声波可以实现对个体金属材料的识别,但现有研究侧重于识别材料超声信号差异的算法,缺乏识别机理.本文以2A12铝合金为例,利用6个晶粒在尺寸、形状、排布方向以及排列顺序不同时,建立了10个2A12铝合金微结构的初级模型,以此类比多晶金属材料的复杂微观结构.利用Comsol有限元软件仿真计算了金属材料不同微观结构中的超声波时域信号,并将回波信号中的的背向散射信号提取为超声指纹.定义了特征差异Q,量化了具有不同微结构的散射模型间的超声指纹的差异.结果表明,微观结构的细微变化也会导致超声信号出现差异,其中晶粒尺寸的变化对信号的影响更为显著.随后提出了超声识别算法,并对4块形状完全一致的2A12铝合金样品进行了识别实验.识别结果表明,利用超声指纹可以准确识别出目标样品,且各样品间的超声指纹有显著区别.最后对样品进行了扫描电子显微镜实验,所得电子显微镜图片显示了各样品真实微观结构的形貌与差异,证实了所建立的超声散射模型的有效性.
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