你知道“第三超声波”吗？来看这种新型超声检测技术的厉害之处
日本丰桥技术科学大学（Toyohashi University of Technology）助理教授Yosuke Ishii领导的研究小组发现，当两个超声波在一个薄板内相交时，会产生新的“第三超声波（third ultrasonic wave）”。这种新型波在响应材料损伤时，会表现出不同的强度，因此，可将其用于薄板结构的无损检测。相对传统技术而言，这项新技术能够精确无损地检测材料疲劳和早期损坏。
两个超声波在（左侧）板中相交，第三个超声波通过（右侧）过滤被提取出来。来源：丰桥技术科学大学
除非物体是透明的，否则人类无法用肉眼看到物体的内部。不过，这种新发现的“第三超声波”具备这种能力，它能够对材料中存在的各种缺陷做出响应。因此，通过测量缺陷反射波，我们可以了解到材料是否存在损伤。换句话说，我们可以在不破坏材料的前提下，对其进行“透视”。该技术利用了超声波无损检测原理。
与人类一样，材料也会疲劳。即使负载较小，但在多次重复使用时，也会导致材料疲劳。疲劳会使得材料产生微小损坏，随后损坏不断变大，并最终导致材料失效。
薄板材料被广泛用于大型构件中，如二战后日本经济高速增长时期建造的发电厂。现在这些结构已经逐渐老化，利用非破坏性方法测试其疲劳程度是极其重要的。在现有技术范围内，除非材料实际发生大程度损坏（可反射超声波的损坏），否则我们无法检测出来。因此，建立一种能够在材料发生微小损伤甚至更早时，即可准确评估材料疲劳的技术至关重要。
来源: CC0 Public Domain
考虑到这一点，研究人员将注意力转向“三波互动”。这是两个交叉的超声波在板内产生第三个小超声波的现象。通过数值模拟和理论计算，研究小组成功地揭示了三波相互作用时，产生“第三超声波”的背后机制。“第三超声波”包含大量关于材料特性的信息，能够准确地测试材料疲劳的早期阶段（在发生大程度损坏之前）。
该研究团队旨在通过实验验证这项新技术，利用三波相互作用，为薄板材料创建一种新的无损检测方法，来准确评估材料损伤，特别是检测那些非常微小的，且利用现有技术无法检测到的材料损坏。这项新技术有望提高发电机组和飞机等重要结构的安全性和可靠性，随着逐步成熟完善可能进一步扩大应用范围。
译者：Iron-man
译自：phys.org
来源：日本丰桥技术科学大学
参考文献：Yosuke Ishii et al, Finite-element analysis of non-collinear mixing of two lowest-order antisymmetric Rayleigh–Lamb waves, The Journal of the Acoustical Society of America (2018). DOI: 10.1121/1.5044422