一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評價方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及金屬平均晶粒尺寸測量技術領域，尤其設及一種剔除水聲距影響的晶 粒尺寸超聲評價方法。
【背景技術】
[0002] 晶粒尺寸是表征金屬材料微觀特性的一個重要參數(shù)，它影響著材料的疲勞強度、 屈服強度、初性及塑性、蠕變抗力和抗疲勞擴展能力等機械性能。因此準確測量金屬材料的 晶粒尺寸對研究其機械性能具有重大的意義。金屬材料晶粒尺寸的測量方法分為有損和無 損兩種，有損方法如金相法具有結果直觀和檢測精度高等優(yōu)點，但需對材料進行破壞，且分 析程序繁瑣、檢測效率底。超聲無損評價方法具有穿透能力強，靈敏度高，對人體無害等優(yōu) 點，是目前國內外對材料進行微結構檢測所普遍應用的方法之一。
[0003] 多晶金屬材料的晶粒尺寸很大程度上決定了聲能的衰減，因此可測定超聲衰減系 數(shù)間接評價材料的晶粒尺寸。然而，在工程實踐中準確檢測衰減系數(shù)將受到一系列苛刻的 實驗條件約束。例如在不同水聲距條件下，對同一材料檢測出的衰減系數(shù)并非定值，而現(xiàn)有 檢測模型均未將水聲距作為影響因素考慮，在實際檢測中須花費大量時間調整水聲距，將 聲束聚焦在被測對象中部，且調節(jié)精度難W保證。因此，如何剔除水聲距與其它實驗因素間 的線性相關性，降低實驗誤差的干擾，并從中挖掘水聲距對衰減測量的影響規(guī)律，是提高晶 粒尺寸超聲衰減評價有效性的關鍵?；赪上研究現(xiàn)狀，本發(fā)明利用PCA方法建立了一種 剔除水聲距影響的金屬平均晶粒尺寸評價模型。

【發(fā)明內容】

[0004] (一）要解決的技術問題
[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是在無需精確調整水聲距的情況下，如何精確、可靠、無 損測量晶粒尺寸。
[0006] (二）技術方案
[0007] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評價 方法，所述方法包括W下步驟：
[000引 S1、通過設置不同的熱處理條件制備試塊，使其具有晶粒尺寸梯度，固定探頭主 頻，采集在不同的水聲距下標定試塊的超聲回波信號，利用超聲回波信號計算所對應的平 均衰減系數(shù)，使用金相法測定并記錄各標定試塊的平均晶粒尺寸；
[0009] S2、利用所述的平均衰減系數(shù)，及其所對應的水聲距及標定試塊的平均晶粒尺寸， 基于限定相關系數(shù)闊值的多項式擬合，建立剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸初始評價模型 結構；
[0010] S3、利用PCA方法計算出所述初始評價模型結構中的各個變量降維組合成的主 元，運用各主元回歸估計模型的參數(shù)，從而建立剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸隱式評價 模型；
[0011] S4、利用所述步驟S3得到的剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸隱式評價模型對標 定試塊進行晶粒尺寸評價，對比金相法所測晶粒尺寸驗證所述平均晶粒尺寸評價模型的準 確性；然后對測試試塊進行衰減系數(shù)預測評價，對比超聲衰減試驗測量計算結果驗證所述 平均晶粒尺寸評價模型的預測能力。
[0012] 2、優(yōu)選地，所述步驟S2中，多項式擬合相關系數(shù)闊為化95, 1]，并選擇符合闊值 標準的最低次數(shù)作為多項式最高次數(shù)；設定測量探頭主頻為f。時，基于上述所計算的剔除 水聲距影響的晶粒尺寸初始評價模型為
[0013]
【主權項】
1. 一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評價方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 51、 通過設置不同的熱處理條件制備試塊，使其具有晶粒尺寸梯度，固定探頭主頻，采 集在不同的水聲距下標定試塊的超聲回波信號，利用超聲回波信號計算所對應的平均衰減 系數(shù)，使用金相法測定并記錄各標定試塊的平均晶粒尺寸； 52、 利用所述的平均衰減系數(shù)，及其所對應的水聲距及標定試塊的平均晶粒尺寸，基 于限定相關系數(shù)閾值的多項式擬合，建立剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸初始評價模型結 構； 53、 利用PCA方法計算出所述初始評價模型結構中的各個變量降維組合成的主元，運 用各主元回歸估計模型的參數(shù)，從而建立剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸隱式評價模型； 54、 利用所述步驟S3得到的剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸隱式評價模型對標定試 塊進行晶粒尺寸評價，對比金相法所測晶粒尺寸驗證所述平均晶粒尺寸評價模型的準確 性；然后對測試試塊進行衰減系數(shù)預測評價，對比超聲衰減試驗測量計算結果驗證所述平 均晶粒尺寸評價模型的預測能力。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，多項式擬合相關系數(shù)閾 為[0. 95, 1]，并選擇符合閾值標準的最低次數(shù)作為多項式最高次數(shù)；設定測量探頭主頻為 時，基于上述所計算的剔除水聲距影響的晶粒尺寸初始評價模型為
式中，C1為與f ^相關的模型常數(shù)，D為試塊平均晶粒尺寸，a D的第i次方的系數(shù)， Hitl為平均晶粒尺寸W的最高次方數(shù)，W為測量水聲距，bi為W的第i次方的系數(shù)，m i為水聲 距D的最高次方數(shù)，a (D，W)為關于水聲距W及平均晶粒尺寸D的衰減系數(shù)α的函數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3具體為： 531、 將所述步驟2中初始平均晶粒尺寸的多因素評價模型的被測變量
，每個被測變量有η 個觀測樣本，由此可構建線性化數(shù)據(jù)矩陣；^ EjRWA+hW，同時將被測變量標準化，即：
式中，LnS η維單位列矢量，
標準化后的被測變量矩陣記作
，Xi為被測變量矩陣X的第i行 數(shù)據(jù)； 532、 然后求解步驟S21中的標準化被測變量矩陣X被測變量主元得分矩陣
式中，戈表示X的模型值，E為建模誤差，Z是被測變量主元得分矩陣，P是被測變量主 元負荷矩陣，Zi是被測變量殘差得分矩陣，P #是被測變量殘差負荷矩陣，t 被測變量得分 矢量，？1是被測變量負荷矢量，1是主元數(shù)量； S33、利用PCA處理后的數(shù)據(jù)，對所得的被測變量主元得分矩陣進行多元回歸計算，得 到剔除水聲距影響的晶粒尺寸隱式評價模型為
式中，B = [bi，b2……b^T為被測變量主元回歸模型系數(shù)矩陣，C2為回歸計算常數(shù)，Y為 晶粒尺寸隱式評價模型的衰減系數(shù)矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評價方法，所述方法通過對標定金屬試塊進行數(shù)據(jù)采集，初步分析確定剔除水聲距影響的晶粒尺寸的原始評價模型結構，再運用PCA方法計算出由原始評價模型中各變量降維組合的主元，通過各主元回歸估計模型的參數(shù)從而建立剔除水聲距影響的晶粒尺寸隱式評價模型，對未參與模型計算的測試試塊進行晶粒尺寸評價。該方法能降低平均晶粒尺寸評價的系統(tǒng)誤差，針對金相法測定平均晶粒尺寸為105.57μm的測試金屬試塊，該模型評價結果為106.74μm，誤差僅為1.1％。可見，本發(fā)明提供的方法抑制了水聲距調整精度對晶粒尺寸評價的不利影響，提高金屬晶粒尺寸無損評價的可靠性。
【IPC分類】G01N29-44, G06F19-00, G01N29-04
【公開號】CN104749251
【申請?zhí)枴緾N201510165438
【發(fā)明人】李雄兵, 張晨昕, 宋永鋒, 田紅旗, 高廣軍, 倪培君, 劉希玲
【申請人】中南大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月9日