声弹法及其应力测量的超声技术

　　声弹法是一种新的材料应力的分析方法。在实验应力分析中，用光弹法分析材料的应力已被广泛采用.声弹法不仅象光弹法那样测量透明材料的表面应力，还能测最不透明材料的表面应力和残余应力。目前这种声弹法理论和超声应力测是技术正在不断地向前发展，并日益引起国内外同行专家的关注。

　　应力和应变对超声波速度的影响

　　材料内部应力和应变之间的关系，通常被认为是线性关系，这就是Hooke定律。但是随着测量技术的发展，人们便发现象Young氏模量等弹性常数并不是不变的，而是根据应变的大小变化而作稍稍的改变。当材料内部的原子通过压应力被压在一起时，我们将发现弹性模量变大了，而当原子受拉应力被拉开时，弹性模量变小了。这些情况表明，应力和应变之　　间的关系是非线性的，这种非线性关系可以用应变能最的一个加权函数来表示，即应变能量e与应变。的权数有关.

　　按照线性近似理论，应变e的二次项和二次以上的项均被忽略掉，于是方程简化

　　当超声波在一块受到应力作用的材料内部传播时，应力和应变对于超声波速度的影响将随着弹性常数c的变化而变化。图1为用超声波测速仪测得的频率为SMHz的超声波纵波在LY12铝合金试样中的传播速度随着外加应力的变化曲线。由图可见，在材料的弹性范围内:超声波纵波的速度变化与应力的大小呈线性关系

　偏振方向不同的两种超声波横波具有不同传播速度的现象称为声双折射。它类似于实验应力分析中光弹法所采用的光双折射现象。在声弹法和光弹法的情况下，都含有横波，因此，这种类比很接近。在这两种情况卜，沿着一个主应力轴(l00，010或001)发生的波，或相对于两个主应力轴有一个夹角的波，将是两个分离传播的主波的矢最和。这些波的传播速度与沿着它们的偏振方向作用的主应力有着密切的依赖关系。一般来说，当一束超声波横波垂直入射到各向异性的固体中时，它不是象光波那样仅分解成两个波，而是分解成三个波:，个准纵波，两个准横波。只有当超声波横波是沿关一个各向异性固体的主对称轴传播时，它才分解成与光双折射严格相似的两个纯粹的横波。

　　利用测量声双折射的方法来测量材料内部的应力和应变是一个卜分有用的方法，因为几乎所有的材料对于超声波来说都是透明的，而声双折射现象对于由应力或应变所引起的材料内部的各向异性很敏感。从有限变形理论出发，分析在初始状态F为各向同性的具有弹性的固体材料，诸如零应力状态下的内部晶格方向为不规则的多晶体材料(金属和非金属)等，对垂直于平面应力作用传播超声波横波，其偏振方向沿着士应力(d1,d2)方向的两个传播速度(v!，v:2)的速度差和主应力之差成正比：