Page 53 - 无损检测2022年第七期

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DOI : 10.11973 / ws j c202207005

基于神经网络的表面波频散曲线反演温度

相关杨氏模量

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贾昊天 , 刘祥恩 , 沈中华 , LOMONOSOVAlexe y 1 , 2

( 1. 南京理工大学 理学院, 南京 210094 ; 2. 俄罗斯科学院 通用物理研究所, 莫斯科 119991 )
摘 要:提出了一种应用神经网络从色散曲线反演材料弹性常数的温度依赖性的方法。采用有

限元方法计算了毫秒激光加热铝材料形成的瞬态温度场。在假设不同杨氏模量温度依赖性的条件
下, 计算了表面波在激光加热区传播时不同的频散曲线。利用正向计算的结果来训练神经网络。神
经网络经过训练后, 输入材料的表面波频散特性, 可反演出材料杨氏模量与温度的关系。为验证该方

法的反演能力,对比了不同噪声情况下的反演结果。对比结果表明该方法具有很好的鲁棒性。
关键词:温度场; 弹性模量的温度依赖性; 分布不均匀; 神经网络

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 07-0019-04

Inversionoftem p eraturede p endenceofYoun g 'smodulusfromsurface

wavedis p ersionbasedonneuralnetwork

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JIAHaotian , LIUXian g 'en , SHENZhon g hua , LOMONOSOVAlexe y 1 , 2

( 1.Colle g eofScience , Nan j in gUniversit yofScienceandTechnolo gy , Nan j in g210094 , China ;

2.GeneralPh y sicsInstitute , RussianAcadem yofSciences , Moscow119991 , RussianFederation )

Abstract : A methodwasp ro p osedtoinversethetem p eraturede p endenceoftheelasticconstantofamaterial

fromthedis p ersioncurveusin g aneuralnetwork.Thefiniteelementmethodwasem p lo y edtocalculatethetransient

tem p eraturefieldformedb y millisecondlaserheatin gofaluminum material.Undertheassum p tionofvarious

tem p eraturede p endenceofYoun g 'smodulus , variousdis p ersioncurvesofsurfacewavesp ro p a g atin ginthelaser

heatin gzonewerecalculated.Theresultsoftheforwardcalculationwereusedtotraintheneuralnetwork.Afterthe

neuralnetworkwastrained , b y in p uttin g thesurfacewavedis p ersioncharacteristicsofthematerial , thetem p erature

de p endenceofYoun g 'smodulusofmaterialswasinversed.Inordertoverif y theinversionca p abilit y ofthismethod ,

theinversionresultsunderdifferentnoisesconditionsarecom p ared.Theinversedresultsshowthatthismethodhas

g oodrobustness.

Ke ywords : tem p eraturefield ; tem p eraturede p endenceofelasticmodulus ; inhomo g eneousdistribution ; neural
network
弹性常数和介电常数是评价和设计材料的重要 膨胀 [ 2 ] 。高温高压下材料的弹性常数是预测和理解
参数 [ 1 ] 。当温度升高时, 原子热振动增大, 这将引起 材料响应、 强度、 机械稳定性和相变所必需的参数。
晶格势能和势能曲线曲率的变化, 因此杨氏模量也 目前许多材料在不同温度下的弹性模量已经可通过
会发生变化, 并且随着温度的升高, 材料会发生体积 试验的方法测得。 REN 等 [ 3 ] 利用共振超声法检测
了无掺杂和掺杂 PbI2 的多晶 PbTe 热电材料在室
收稿日期: 2021-12-15
温和 773 K 之 间 的 动 态 弹 性 模 量。 FUKUHARA
基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 61975080 )
等 [ 1 ] 采用超声波速检测法检测了 α- 铝、( Y ) TZP 以
作者简介: 贾昊天( 1996- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为激

光超声表面波及 ZGV-lamb波无损检测 及 -sialon等3 种多晶化合物在295~1773K 下的
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通信作者: 沈中华( 1972- ), 女, 教授, shenzh@n j ust.edu.cn 杨氏模 量、 剪 切 模 量 等 材 料 弹 性 模 量。 SENKOV
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2022 年 第 44 卷 第 7 期
无损检测