粘接界面特性和超声定量评价方法深入研究

粘接工艺广泛用于航空航天，尤其是国防工业。因粘接质量 问题引发的各种灾难性事故时有发生，粘接质量定量无损评价是国内外关注的热点。在粘接质量评价中，高声阻抗层下多层低声阻抗介质中空气夹层型脱粘检测、零间隙脱粘检测和粘接强度定量评价是长期困扰无损检测界的三大难题。本项目拟在2007年初结题的基金重点项目"粘接界面特性和超声评价方法研究（No.10234060）" 取得突破性进展，成功解决了空气夹层型脱粘检测难题的基础上，针对粘接强度评价继续开展深入研究。从第一性原理出发研究粘接界面形成的微观机理，建立粘接界面数学物理模型，计算声参量。研究粘接界面特性随着粘接件所受载荷不同而发生变化的动态过程，研究超声波在粘接件中的传播规律和超声波与粘接界面的相互作用规律。研究声学参量的检测技术和方法，建立声学参量与粘接界面特性以及粘接强度之间的关系， 最终形成用超声无损定量评价粘接强度的方法和技术。

粘接结构因其优异的性能，被广泛应用于航空航天、国防军工、汽车制造等领域，由粘接界面脱粘引发的灾难性事故时有发生。粘接界面特性和超声定量评价方法研究既是国际物理学的前沿难题，又是国民经济和国防安全亟需解决的问题。.在粘接检测中主要有三大难题，即高波阻下多层低波阻界面脱粘检测、零间隙的滑移界面检测和粘接强度的检测。本项目在已结题的基金重点项目“粘接界面特性和超声评价方法研究（No.10234060）” 成功解决了空气夹层型脱粘检测难题的基础上，针对粘接界面特性及粘接强度评价开展了更深入研究，按计划书内容开展了粘接机理、粘接界面力学模型、粘接强度的超声评价、激光超声实验平台等研究工作。.在基础理论方面，从声波方程出发，利用微扰法和界面非线性声反射技术，在国际上首次完整地推导了粘接界面非线性弹簧模型，给出了声波正入射和斜入射时非线性弹簧模型的表达式，并设计实验进行了验证。该模型对于利用非线性声参量描述界面特性具有基础性意义。.在实验研究方面，通过大量的实验发现，粘接样品的断口状态与利用模拟退火方法获得的界面劲度系数具有较大的一致性。利用线性声参量、非线性声参量和界面粗糙度等信息预测得到的粘接强度与实际断裂强度的误差在10%左右。.在激光超声方面，建立了全光学激光超声的B扫描无损检测系统。.关于从第一性原理出发，研究粘接界面形成的微观机理，建立粘接界面数学物理模型研究工作，由于模型过于复杂，未取得突破性进展。但本项目新开展的声波单向传播、宽带全向吸声体、非线性导波等研究取得重要进展，在国际顶级刊物发表多篇论文，并获得国内外同行专家高度评价。原创性地提出了结构简单却效率极高的声二极管模型，首次实现了将声能流限制在单一方向上的声整流效应，是复杂媒质中声能量控制研究领域的重大突破，进一步开展了单向声波导、单向声学器件等研究工作，并在理论上提出一种新型的二维人工声学复合结构，在噪声控制等领域有着潜在的应用价值。