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基于声压反射系数幅度谱反演涂层内界面刚度数值模拟

超声；声压反射系数幅度谱；涂层；界面刚度；反演；灵敏度

针对超声体波法检测涂层界面刚度的测量结果易受检测频率和界面刚度区间影响的问题，本文基于弹簧模型分析了超声波在非金属涂层/金属基体不完美界面的反射/透射机制，推导了非金属涂层结构的声压反射系数幅度谱，通过幅度谱对界面刚度的灵敏度分析确定了反演方法适用的界面刚度表征区间和频率区间，提出一种利用幅度谱反演涂层内界面刚度的方法。建立了厚度为0.3 mm界面刚度不同的环氧树脂涂层与热障涂层的仿真模型，分别模拟两种仿真模型中的声传播过程，基于模拟数据验证反演方法的有效性。结果表明，在环氧树脂涂层与热障涂层对应的高灵敏度区间，界面刚度反演结果与仿真模型预设值一致性较好，最大相对误差分别为6%与10%。在高灵敏度区间外，幅度谱随界面刚度的变化很微弱，反演精度严重下降，相对误差超过15%。本文提出的反演方法能在检测前确定适合测量的刚度范围，有效避免了由界面刚度过高或过低引起超声定量表征误差较大的问题。