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第 38 卷 第 1 期 孙凯华等： 钢 -铅粘接结构的粘接强度对超声体波反射与透射特性的影响 101

选取理想粘接条件下透射峰的频厚积，当纵 化，对应于界面刚度则可表示为法向刚度不变，切
波入射时设 fd = 1.4 MHz·mm，当横波入射时设 向刚度迅速减小。针对这一情况，设定法向界面
3
fd = 0.65 MHz·mm，连续改变胶层双界面处的法 刚度 KN 1 = KN 2 ，均为 2 × 10 18 N/m 不变，同
向与切向刚度，研究透射系数随入射角和界面刚度 时改变胶层上下两个界面处的切向刚度，研究透
变化的关系，如图 9 所示。结果表明，在小角度入射 射系数与切向界面刚度和频厚积的变化关系，如
条件下，透射系数对界面刚度的变化非常灵敏，在 图 10 所示。结果表明，当纵波垂直入射时，随着切
0 入射时透射系数随界面刚度变化的改变量最大； 向刚度的减小，透射系数无任何变化；而横波入射
◦
而随着入射角度的增加，透射系数随界面刚度的变 时其透射系数出现了与图 8(b) 相一致的结果，谐
化减小。上述结果表明，从理想粘接退化到界面脱 振透射峰逐渐向高频方向发生频移。进一步，将频
粘的过程中，小角度入射的声波透射系数的频移对 厚积固定在理想粘接条件下的谐振峰位置处，当
界面强度的变化比较敏感。 纵波入射时设 fd = 1.4 MHz·mm，当横波入射时
粘接界面强度退化还存在另一种情况——弱 设 fd = 0.65 MHz·mm，改变超声波的入射角，研
粘接，即界面的拉伸粘附强度不变，剪切强度退 究切向刚度变化对透射系数的影响，如图 11 所示。

20 2.0 20 2.0

1.6 1.6
16 16
lg(KN)/(NSm -3 ) 12 8 1.2 ᤩ࠱ጇ஝(arb. units) lg(KN)/(NSm -3 ) 12 8 1.2 ᤩ࠱ጇ஝(arb. units)

0.8
0.8
0.4 4 ኄ ˚ႍᝈ 0.4
4
0 0
0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
К࠱ᝈ/(O) К࠱ᝈ/(O)
(a) fd=1.4 MHz·mm௑ጫฉ̰ᨂࡏК࠱ᄊᤩ࠱ጇ஝ (b) fd=0.65 MHz·mm௑ഷฉ̰ᨂࡏК࠱ᄊᤩ࠱ጇ஝

图 9 胶层双界面同时弱化时超声体波斜入射钢层的透射系数与入射角、刚度系数的关系
Fig. 9 The relationship between the interface rigidity, incident angle and the transmission coeffi-
cients of bulk waves oblique incident in the steel-layer with two interface disbanding

20 2.0 20 2.0

16 1.6 16 1.6
lg(KN)/(NSm -3 ) 12 8 1.2 ᤩ࠱ጇ஝(arb. units) lg(KN)/(NSm -3 ) 12 8 1.2 ᤩ࠱ጇ஝(arb. units)

0.8
0.8
4 0.4 4 0.4

0 0 0
0
0 1.0 2.0 3.0 4.0 0 1.0 2.0 3.0 4.0
ᮠԒሥ/MHzSmm ᮠԒሥ/MHzSmm
(a) ጫฉۇᄰК࠱ᨂࡏᄊᤩ࠱ጇ஝ (b) ഷฉۇᄰК࠱ᨂࡏᄊᤩ࠱ጇ஝
图 10 胶层剪切强度退化时超声体波垂直入射钢层的透射系数与频厚积、切向刚度的关系
Fig. 10 The relationship between the frequency-thickness, tangential interface rigidity and the
transmission coefficients of bulk waves vertical incident in the steel-layer with shear strength dis-
banding