Page 40 - 《应用声学）》2023年第5期

932 2023 年 9 月

᫾ࡉࡏ

ᣒᕳ
ԍႃఃྟ
Z 
P  P t
P t P 
d  δઐࡏ
P t Z 
P 
ᡔܦฉ૱ᑟ٨
P t P 
d 
ࣰᏹՌࡏ
P  Z 
P t
ࣰᏹՌࡏ
P t P 
តڱ Z  d  តڱ
P 
图 1 干耦合检测及声波传输示意图
Fig. 1 Schematic diagram of dry coupling detection and acoustic transmission
√
式 (2) 中，σ 是接触界面的粗糙度均方根，W 是施 干耦合层理想声阻抗为 Z =
′
2 Z 1 Z 3 ，其中 Z 1
加于界面的载荷，f 为超声波中心频率。当探头未 为保护层声阻抗，Z 3 为被测材料声阻抗。考虑到干
加载荷时，干耦合层与试块间存在空气，绝大部分 耦合材料还要兼有一定的柔性，而现有的材料很难
声波被反射，此时 r 23 ≈ 1。因此，干耦合剂在使 兼顾柔性和理想声阻抗两个条件，这也是目前干耦
用时，需要施加一定的预压力，预压载荷与界面的 合材料制备的难点。因此，在现有柔性材料的基础
反射系数 r 23 和回波相对幅值 A 的关系曲线如图 2 上，通过添加纳米颗粒，从而达到兼顾柔性和声阻抗
所示。 这对矛盾的目的。

2 干耦合材料制备与参数测定

ࣰᏹՌႍ᭧ܦԦ࠱ဋ r  ࣰᏹՌႍ᭧ܦԦ࠱ဋ តڱअ᭧ڀฉᄱࠫࣨϙ A W t 的掺杂物随机分散在质量分数为 1 − W t 的基底
干耦合材料制备
2.1
根据复合材料的力学参数模型
[21]
，质量分数为
តڱअ᭧ڀฉᄱࠫࣨϙ
材料中时，混合后的材料密度为
¯ ρ = 1 , (3)
W t /ρ 1 + (1 − W t )/ρ 2
0 ħ 式(3) 中，ρ 1 和ρ 2 分别为掺杂物和基底材料的密度。
ᣒᕳ/kPa
通过掺入密度大于基料的填料，可以增大混合物的
图 2 干耦合界面反射系数及回波相对幅值变化
密度 ¯ρ，进而增大材料的声阻抗。
趋 势
研究中采用加成型室温硫化 (Room tempera-
Fig. 2 The variation trend of reflection coefficient
ture vulcanization, RTV)硅橡胶作为基底材料。加
and relative amplitude of echo at dry coupling in-
成型硅橡胶由 A 组分和 B 组分组成。A组分中含有
terface
聚硅氧烷和催化剂，B 组分中含有聚硅氧烷和交联
从图 2 中可以看出，当预压增加到一定的值后，
剂。干耦合材料制备时将添加材料与 A组分充分混
干耦合层与被测试件间贴合更加紧密，界面的反射
合，搅拌均匀，再加入 B 组分，与 A 组分和添加材料
系数 r 23 趋于恒定，r 23 ≈ (Z 2 − Z 3 )/(Z 2 + Z 3 )。而
混合液充分混合，搅拌均匀后注入模具中，在真空环
回波相对幅值A也趋于恒定，
境下静置15 min去除气泡，再在室温中静置12 h固
4Z 1 Z 2 4Z 2 Z 3 化，就可得到添加型干耦合材料。具体操作流程如
A ≈ n · e −2α 2 d 2 ,
(Z 1 + Z 2 ) 2 (Z 2 + Z 3 ) 2
图3所示。
其中
研究中制备的部分干耦合材料样品如图 4
4Z 0 Z 1
e
n = e −2α 0 d 0 −2α 1 d 1 . 所示。
(Z 0 + Z 1 ) 2