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韩国机械材料研究院基于新型超材料研发结构隐藏缺陷的超声检测新技术

   日期:2024-03-05     来源:techxplore、21dB声学人    浏览:103    评论:0    
核心提示:韩国机械材料研究院高级研究员Min-woo Kweun领导的联合研究小组开发了一种高效圆形振动/偏振超声波转换技术,能够检测结构内各个

韩国机械材料研究院高级研究员Min-woo Kweun领导的联合研究小组开发了一种高效圆形振动/偏振超声波转换技术,能够检测结构内各个方向发生的内部断裂。

超材料理论上能够将超声波的线性振动完全转换为圆周振动,并具有三维微观结构。韩国机械材料研究院和首尔国立大学的联合研究小组首先确定了超声波介质独特的各向异性物理特性,可将容易产生的线性振动模式超声波转换为较难产生的圆形振动模式超声波。
然后,他们设计了一种超材料,通过布置具有三维圆柱孔的微结构来满足这一特性。随后,研究小组通过超声波实验成功测量了转换后的圆形振动模式超声波。

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使用3D各向异性超材料实现:a 具有三个不同尺寸孔的3D各向异性超材料的晶胞;b 设计晶胞的时谐数值模拟结果。单元电池由铝制成并插入铝之间(y和z方向的周期性条件)。SV波以100 kHz的频率沿x方向入射到晶胞上;c 共振频率下设计晶胞内的时空位移场。ux=0和ux=d分别表示设计晶胞入射和透射界面处的位移矢量,k表示波传播方向。d设计晶胞的瞬态数值模拟结果。通过超材料的输出y和z位移以假设完全传输的理论稳态位移轨迹(洋红色)表示;e 设计的晶胞(蓝色)的模拟透射谱与理论透射谱(红色)表现出 nSE=2和nFE=3时的耦合共振。透射的SV和SH波的幅度显示在左侧和右侧中间,它们的相位差显示在右侧。

线性振动模式超声,俗称剪切超声,广泛用于超声无损检测,用来检测焊缝缺陷和板材缺陷。然而,在缺陷的方向与线性振动的方向平行的情况下,缺陷对超声波的反射率变得极低,使得难以检测到返回的超声波信号。
新开发的超材料技术理论上能够将线性剪切超声波完全转换为圆形剪切超声波。此外,由于使用少量简化的圆柱形微结构和低损耗金属材料来生产这些超材料,因此可以相当高的效率产生圆形振动模式超声波。

韩国机械材料研究院高级研究员Kweun表示:“我们开发了一种新的超声波模式,能够进一步提高现有超声波技术的缺陷检测功能。我们将尽最大努力,使这项新技术能够应用于工业超声波无损检测和超声成像领域。”


 
 
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