脆性材料亚表面损伤层微裂纹全息反演检测方法

摘要

本发明公开了一种脆性材料亚表面损伤层微裂纹全息反演检测方法，其特征在于，对脆性材料腐蚀后表面采用分形插值方法进行重构，应用了分形插值理论的自相似性原理，充分刻画出腐蚀后表面的复杂微观形貌，在应用分形插值法重构腐蚀后材料表面基础上，采用有限差分法对亚表面损伤层微裂纹的形成与生长过程进行反演模拟，不仅可以得到亚表面损伤层微裂纹的深度，还可以得到微裂纹的大小、方向等全部信息。在获得亚表面损伤层微裂纹全息分布特征的基础上，提出全面完备的亚表面损伤层微裂纹全息分布特征的综合表征体系。

主权项

1.一种脆性材料亚表面损伤层微裂纹全息反演检测方法，其特征在于，包括下述步骤：第一步，用超声波清洗抛光后的被测脆性材料试样并烘干，将被测脆性材料试样放在HF酸腐蚀液中浸泡，记录腐蚀速率，然后去除覆盖在试样亚表面损伤层上的抛光重积层，将亚表面损伤层微裂纹进一步暴露、放大，使试样展现出亚表面损伤层三维复杂微观形貌；第二步，采用非接触式光学测量仪对腐蚀后试样的亚表面损伤层三维复杂微观形貌进行测量：即将试样基片放置到载物台上，对其进行聚焦，通过非接触式光学测量仪器探头的移动，获得试样亚表面损伤层的三维图像信息；第三步，采用三角域上分形插值算法重构试样亚表面损伤层三维复杂微观形貌数学模型：(1)先将试样亚表层损伤层的三维图像信息选取若干实测数据点，这些数据点描述为(x_i，y_j，z(x_i，y_j))，其中i＝0，1，…，M；j＝0，1，…，N，即共有(M+1)×(N+1)个实测点，每个实测数据点的高度为z(x_i，y_j)；根据这些实测数据，获得试样亚表面损伤层的粗略三维形貌图，每个实测数据对应该三维形貌图的一个节点；(2)通过建立迭代函数系统IFS，采用三角域上分形插值算法，经过若干次迭代后进行试样亚表面损伤层腐蚀后三维复杂微观形貌的重构，得到重构表面；第四步，反演有限差分模型的构建：以第三步中获得的试样亚表面损伤层腐蚀后三维复杂微观形貌的重构表面为基础，将第一步中的腐蚀速率设定为步长Δt，经过k个时间步长后的逆向演化曲面表示为z(x_i，y_j，t_k)，其中，i＝0，1，…，M，j＝0，1，…，N，t_k＝kΔt，腐蚀过程逆向演化有限差分模型用下式表示：$z({x_i}^{\prime },{y_j}^{\prime },t_{k+1})=z({x_i}^{\prime },{y_j}^{\prime },t_k+\mathrm{\Delta t})=z(x_i,y_j,t_k)+v·\mathrm{\Delta t}·{\overrightarrow{n}}_z$式中z(x_i，y_j，t_k)是时间步长Δt之前的表面形貌函数，v是腐蚀速率，向量是节点(x_i，y_j，z(x_i，y_j，t_k))的“生长方向”。