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基于声图像的材料缺陷、失效模型的研究

陈玉群  
【摘要】:在现代电子工业中,各种新型材料得到了广泛应用。由于这些新型材料在加工和应用过程中的复杂性导致他们出现了各种类型的缺陷。这些缺陷严重影响了材料的性能和寿命。为了实现对它们的无损检测并监测它们的质量与使用状态,建立材料的缺陷与失效模型便显得尤为重要。 激光扫描声学显微镜(Scanning Laser Acoustic Microscope, 简称 SLAM)作为声显微技术的一种主要形式,是一种新型高分辨率的无损检测仪器,对于研究新材料和新器件的内部结构问题特别有用。利用SLAM系统对材料内部结构成像,可以获得样品内部的声学幅度图像和相位图像。幅度、相位又与材料的各种声参数密切相关,因此我们可以通过图像处理与计算获得相应的材料的声速度分布图与声衰减图像。从理论上建立材料的缺陷模型,并结合声衰减分布图与超声损伤力学原理,就能获得材料的失效模型。 第一章,对本课题的开发背景、应用情况和国内外发展情况进行了介绍。第二章,对本课题所用到的基本知识包括SLAM系统和数字图像处理技术进行了叙述。第三章,对SLAM系统进行改造,分析了声信号参数与材料性能参数之间的关系。通过实验获得了声相位图与声幅度图,并通过数字图像处理获得了相应的速度图与衰减图。第四章,通过分析声波的传输规律,建立了缺陷的理论模型。并通过数值计算与模拟,分析了缺陷大小与形状对透射率的影响。第五章,通过多次实验,并利用第三章的原理建立了多种缺陷的图像库。结合损伤力学基本理论和第四章的结果,分析了多层陶瓷的性能与使用寿命。第六章,对整个阶段的理论研究、实验与模拟进行了总结。 应该指出的是,利用获得声图像来建立材料内部缺陷模型,并研究材料的寿命,目前国内文献尚未见到类似的报道,也属于本文的主要创新部分。


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