一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及金屬平均晶粒尺寸測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種剔除水聲距影響的晶 粒尺寸超聲評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶粒尺寸是表征金屬材料微觀特性的一個(gè)重要參數(shù)，它影響著材料的疲勞強(qiáng)度、 屈服強(qiáng)度、初性及塑性、蠕變抗力和抗疲勞擴(kuò)展能力等機(jī)械性能。因此準(zhǔn)確測(cè)量金屬材料的 晶粒尺寸對(duì)研究其機(jī)械性能具有重大的意義。金屬材料晶粒尺寸的測(cè)量方法分為有損和無(wú) 損兩種，有損方法如金相法具有結(jié)果直觀和檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)，但需對(duì)材料進(jìn)行破壞，且分 析程序繁瑣、檢測(cè)效率底。超聲無(wú)損評(píng)價(jià)方法具有穿透能力強(qiáng)，靈敏度高，對(duì)人體無(wú)害等優(yōu) 點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)材料進(jìn)行微結(jié)構(gòu)檢測(cè)所普遍應(yīng)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(cè)定超聲衰減系 數(shù)間接評(píng)價(jià)材料的晶粒尺寸。然而，在工程實(shí)踐中準(zhǔn)確檢測(cè)衰減系數(shù)將受到一系列苛刻的 實(shí)驗(yàn)條件約束。例如在不同水聲距條件下，對(duì)同一材料檢測(cè)出的衰減系數(shù)并非定值，而現(xiàn)有 檢測(cè)模型均未將水聲距作為影響因素考慮，在實(shí)際檢測(cè)中須花費(fèi)大量時(shí)間調(diào)整水聲距，將 聲束聚焦在被測(cè)對(duì)象中部，且調(diào)節(jié)精度難W保證。因此，如何剔除水聲距與其它實(shí)驗(yàn)因素間 的線性相關(guān)性，降低實(shí)驗(yàn)誤差的干擾，并從中挖掘水聲距對(duì)衰減測(cè)量的影響規(guī)律，是提高晶 粒尺寸超聲衰減評(píng)價(jià)有效性的關(guān)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(píng)價(jià)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在無(wú)需精確調(diào)整水聲距的情況下，如何精確、可靠、無(wú) 損測(cè)量晶粒尺寸。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)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(píng)價(jià) 方法，所述方法包括W下步驟：
[000引 S1、通過(guò)設(shè)置不同的熱處理?xiàng)l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(biāo)定試塊的超聲回波信號(hào)，利用超聲回波信號(hào)計(jì)算所對(duì)應(yīng)的平 均衰減系數(shù)，使用金相法測(cè)定并記錄各標(biāo)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(duì)應(yīng)的水聲距及標(biāo)定試塊的平均晶粒尺寸， 基于限定相關(guān)系數(shù)闊值的多項(xiàng)式擬合，建立剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸初始評(píng)價(jià)模型 結(jié)構(gòu)；
[0010] S3、利用PCA方法計(jì)算出所述初始評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)中的各個(gè)變量降維組合成的主 元，運(yùn)用各主元回歸估計(jì)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(píng)價(jià) 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(píng)價(jià)模型對(duì)標(biāo) 定試塊進(jìn)行晶粒尺寸評(píng)價(jià)，對(duì)比金相法所測(cè)晶粒尺寸驗(yàn)證所述平均晶粒尺寸評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn) 確性；然后對(duì)測(cè)試試塊進(jìn)行衰減系數(shù)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)比超聲衰減試驗(yàn)測(cè)量計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證所述 平均晶粒尺寸評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)能力。
[0012] 2、優(yōu)選地，所述步驟S2中，多項(xiàng)式擬合相關(guān)系數(shù)闊為化95, 1]，并選擇符合闊值 標(biāo)準(zhǔn)的最低次數(shù)作為多項(xiàng)式最高次數(shù)；設(shè)定測(cè)量探頭主頻為f。時(shí)，基于上述所計(jì)算的剔除 水聲距影響的晶粒尺寸初始評(píng)價(jià)模型為
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 51、 通過(guò)設(shè)置不同的熱處理?xiàng)l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(biāo)定試塊的超聲回波信號(hào)，利用超聲回波信號(hào)計(jì)算所對(duì)應(yīng)的平均衰減 系數(shù)，使用金相法測(cè)定并記錄各標(biāo)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(duì)應(yīng)的水聲距及標(biāo)定試塊的平均晶粒尺寸，基 于限定相關(guān)系數(shù)閾值的多項(xiàng)式擬合，建立剔除水聲距影響的平均晶粒尺寸初始評(píng)價(jià)模型結(jié) 構(gòu)； 53、 利用PCA方法計(jì)算出所述初始評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)中的各個(gè)變量降維組合成的主元，運(yùn) 用各主元回歸估計(jì)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)模型對(duì)標(biāo)定試 塊進(jìn)行晶粒尺寸評(píng)價(jià)，對(duì)比金相法所測(cè)晶粒尺寸驗(yàn)證所述平均晶粒尺寸評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確 性；然后對(duì)測(cè)試試塊進(jìn)行衰減系數(shù)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)比超聲衰減試驗(yàn)測(cè)量計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證所述平 均晶粒尺寸評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)能力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，多項(xiàng)式擬合相關(guān)系數(shù)閾 為[0. 95, 1]，并選擇符合閾值標(biāo)準(zhǔn)的最低次數(shù)作為多項(xiàng)式最高次數(shù)；設(shè)定測(cè)量探頭主頻為 時(shí)，基于上述所計(jì)算的剔除水聲距影響的晶粒尺寸初始評(píng)價(jià)模型為
式中，C1為與f ^相關(guān)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(cè)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(guān)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(quán)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(píng)價(jià)模型的被測(cè)變量
，每個(gè)被測(cè)變量有η 個(gè)觀測(cè)樣本，由此可構(gòu)建線性化數(shù)據(jù)矩陣；^ EjRWA+hW，同時(shí)將被測(cè)變量標(biāo)準(zhǔn)化，即：
式中，LnS η維單位列矢量，
標(biāo)準(zhǔn)化后的被測(cè)變量矩陣記作
，Xi為被測(cè)變量矩陣X的第i行 數(shù)據(jù)； 532、 然后求解步驟S21中的標(biāo)準(zhǔn)化被測(cè)變量矩陣X被測(cè)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(cè)變量主元得分矩陣，P是被測(cè)變量主 元負(fù)荷矩陣，Zi是被測(cè)變量殘差得分矩陣，P #是被測(cè)變量殘差負(fù)荷矩陣，t 被測(cè)變量得分 矢量，？1是被測(cè)變量負(fù)荷矢量，1是主元數(shù)量； S33、利用PCA處理后的數(shù)據(jù)，對(duì)所得的被測(cè)變量主元得分矩陣進(jìn)行多元回歸計(jì)算，得 到剔除水聲距影響的晶粒尺寸隱式評(píng)價(jià)模型為
式中，B = [bi，b2……b^T為被測(cè)變量主元回歸模型系數(shù)矩陣，C2為回歸計(jì)算常數(shù)，Y為 晶粒尺寸隱式評(píng)價(jià)模型的衰減系數(shù)矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種剔除水聲距影響的晶粒尺寸超聲評(píng)價(jià)方法，所述方法通過(guò)對(duì)標(biāo)定金屬試塊進(jìn)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(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)，再運(yùn)用PCA方法計(jì)算出由原始評(píng)價(jià)模型中各變量降維組合的主元，通過(guò)各主元回歸估計(jì)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(píng)價(jià)模型，對(duì)未參與模型計(jì)算的測(cè)試試塊進(jìn)行晶粒尺寸評(píng)價(jià)。該方法能降低平均晶粒尺寸評(píng)價(jià)的系統(tǒng)誤差，針對(duì)金相法測(cè)定平均晶粒尺寸為105.57μm的測(cè)試金屬試塊，該模型評(píng)價(jià)結(jié)果為106.74μm，誤差僅為1.1％?？梢?jiàn)，本發(fā)明提供的方法抑制了水聲距調(diào)整精度對(duì)晶粒尺寸評(píng)價(jià)的不利影響，提高金屬晶粒尺寸無(wú)損評(píng)價(jià)的可靠性。
【IPC分類】G01N29-44, G06F19-00, G01N29-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104749251
【申請(qǐng)?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(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日