近日，我院油气储运工程学科博士研究生张旭在导波结构健康监测方面取得重要进展，相关研究成果《材料三阶弹性常数的热致声弹性测定方法》（Thermo-acoustoelastic determination of third-order elastic constants using coda wave interferometry）发表在《International Journal of Mechanical Sciences》。《International Journal of Mechanical Sciences》是机械工程领域的国际顶级期刊，目前影响因子为7.3（SCI一区Top）。论文第一作者为博士研究生张旭，通讯作者为陈雷教授，合作作者包括刘刚教授和P.-Y. Ben Jar教授（加拿大阿尔伯塔大学），中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。
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三阶弹性常数(TOEC)的精确测定对于量化固体材料的非线性弹性响应至关重要。然而，传统的声弹性实验方法操作繁琐，产生的数据误差较大。迄今为止，许多各向同性材料的三阶弹性常数都尚未确定。针对以上问题，论文首先推导了不同约束条件下体波热声弹性常数与材料TOEC之间的理论关系。随后，将热效应作为体波速变化的驱动力，自主搭建了一套热循环实验系统来研究6061-T6铝的热致声弹性响应。
热循环实验测定系统实物图
实验结果表明，相同应变下热效应引起的体波波速变化是传统机械应力的19.4倍。采用热滞后曲线的线性回归斜率来计算6061-T6铝的体波热声弹性常数，可以将估计误差控制在3.54%以内，具有极佳的重复性。最后，通过比较热循环实验和声弹性实验获得的TOEC，验证了所提方法的有效性。该研究为材料三阶弹性常数的精确测定提供了新思路，并极大促进了非线性超声检测技术的发展。
热致声弹性实验测定方法的整体框架
刘刚教授团队近年来一直致力于导波无损检测和结构健康监测技术研究，对于维护油气设施的安全平稳运行具有重要意义。相关成果已授权发明专利8项，软件著作权3项，并发表在《International Journal of Mechanical Sciences》、《声学学报》等领域顶尖期刊。
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109158
