2.頻域法

Hsu和Nair考察了石墨-環(huán)氧復(fù)合材料的孔隙形狀，將該種材料的孔隙近似看成具有橢圓截面的長(zhǎng)柱狀孔，孔隙長(zhǎng)度與孔隙橫截面尺寸的比值很大，從頻域分析的角度研究了衰減系數(shù)隨頻率變化率d /df與孔隙率之間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)用石墨-環(huán)氧復(fù)合材料，試樣尺寸4cmx4cmx0.1cm。采用透射法和反射法來(lái)測(cè)量超聲波衰減，探頭的中心頻率10MHz，非聚焦；超聲波與纖維垂直入射；反射法時(shí)探頭與試樣的距離為7.5cm，透射法時(shí)，兩探頭距離15cm。由于孔隙分布的不均勻性，因此在試樣表面選5~ 10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到d /df的平均值。

通過(guò)對(duì)一寬頻帶探頭采集的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以求得每一孔隙對(duì)應(yīng)的d /df。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7-3所示，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好，對(duì)于單向和準(zhǔn)備向同性石墨-環(huán)氧復(fù)合材料，d /df 和P的關(guān)系近似成一條直線。

圖7-3  孔隙率與d /df的關(guān)系(實(shí)線包括了無(wú)孔隙時(shí)的背景衰減斜率，虛線表示純孔隙引起的理論衰減斜率

Hsu和Nair在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，孔隙率不僅與d /df之間有良好的線性關(guān)系，而且隨著孔隙率的增加，中心頻率單調(diào)降低。中心頻率的下降量與孔隙率P也存在線性關(guān)系。中心頻率發(fā)生變化的物理機(jī)理是衰減隨頻率變化，即高頻導(dǎo)致高衰減，低頻導(dǎo)致低衰減。

Hsu在用超聲波對(duì)編織型石墨-聚酰亞胺復(fù)合材料的孔隙率進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了上述與Hsu和Nair等人類似的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并與理論結(jié)果進(jìn)行了比較，如圖7-4所示。可以看到，對(duì)于高孔隙率(<10%)試樣，理論曲線和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得非常好，而孔隙率很小的試樣，誤差較大。這是該理論公式的缺陷，然而對(duì)于孔隙大于4%的材料，由于衰減非常大，已經(jīng)沒(méi)有檢測(cè)的必要了。

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