來源：材料與測試

合金疲勞試樣 圖片來源：Vibrant

真的能在不損壞材料的前提下準確測出材料的抗拉強度嗎？

也許有人會好奇：怎么能將共振技術用于材料測試分析中呢？因為材料的分析與測試通常都是在一些計量實驗室內進行，并且，抗拉強度測試一直都是采用傳統的破壞性試驗。所以，共振技術怎么會適合呢？

事實上，超聲共振譜技術（Resonance Ultrasound Spectroscopy，簡稱RUS），就是共振檢測的應用之一，已經被許多國家實驗室及一流大學廣泛使用，但是，截止到目前，該技術還沒有實現真正的普及，在一些商業化實驗室內并不常見。

想象一下，如果人們在不損壞材料的前提下，僅僅通過收集材料的固有頻率就能夠無損檢測出材料的一些常規參數，例如楊氏模量、剪切模量、體積彈性模量，甚至是材料的泊松比等，那將會怎樣呢？

如果能夠實現在不需要真正破壞材料樣品的前提下而準確的預測出該樣品材料的抗拉強度，又會怎樣呢？

毫無疑問，這項技術將會帶來許多好處。

首當其沖的就是能節省大量的檢測時間。

當你對一些材料進行調整時，包括鑄件、鍛件以及一些金屬注射合金等，利用該技術，僅僅在幾分鐘內，你就可以知道哪些改變對材料的屈服強度產生了影響。這依據并不僅僅是理論猜測，還有一個包含了所有關于加工和質量問題的直接測量過程，并且測量結果是非常可靠的。

這并不是多年以后的事，而是現在可以實現的，并且這種測量已經過了測試驗證。

2011年，Gregory James Weaver就在他的文章中提到：“聲波或者超聲共振頻率與材料性能之間的關系在科學界已經被研究了許多年，隨著科技理論、科技設備等的不斷完善與創新，關于共振頻率的研究仍在不斷深入。隨著時間的推移，幾項重要的研究和試驗表明：超聲共振檢測技術能夠與材料的彈性性能直接聯系起來。那時候我知道一些研究可能已經完成，但是由于保密性等原因我們并不能直接參考。在那之后，陸續還有少量的這方面的研究，尤其是其中有一項研究利用了超聲共振技術對金屬注射合金材料的屈服強度進行預測。這項研究得到的結論是：‘相關性分析結果表明對于金屬注射合金材料而言，彈性極限應力只在0.2%的范圍內變化，這主要歸因于超聲共振頻率高于95%’”。

超聲共振技術采用一個接觸式壓電換能器通過一系列的諧振頻率對樣品材料進行激發，并采用一個或多個接觸式壓電換能器進行數據采集工作。這些采集而來的數據，連同一些基本的起始參考數據，以及利用一套專門軟件分析出來的樣品的準確尺寸數據，就能知道樣品的一些基本的材料參數。具體的說就是利用采集而來的測量頻率和起始參考數據就能推導出材料參數。

采用超聲共振技術對立方體合金材料進行檢測 圖片來源：Vibrant

專用軟件中采用了一套基于 Levenburg-Marquardt算法的計算方法，用于減小測量出的和計算推導出的共振頻率間的差異。這種檢測結果是非常可靠的，能夠準確提供前面所提到的一些材料參數。

采用超聲共振技術對立方體合金材料進行檢測 圖片來源：Vibrant

超聲共振檢測技術的另一大優勢在于該技術能夠在操作溫度下使用。

許多實驗室都裝備了冷卻測試室、微爐以及定制的夾具，為的就是能夠在低溫環境或者實際操作溫度下對樣品進行測試。該方法顯得很重要的一個原因就在于此，而很多破壞性試驗都無法達到這些溫度范圍。

該技術具有廣闊的應用前景，包括用來驗證新合金的性質，確認生產材料的均勻一致性，以及評估疲勞樣品或者多孔樣品的有效模量等。這些應用中，不僅可以將專門處理過的零件作為檢測樣品，還可以直接從生產件上切割下一部分作為樣品進行檢測。

對于抗拉強度預測，共振頻率可以從實際測試樣品中獲得，并且經過最初的特征共振與實際拉伸測量的相關性研究后，這些頻率就可以用來預測樣品的抗拉強度了。這種技術可能還需要一些前期相關工作，但當這些前期工作準備完畢后，就不再需要傳統型的破壞性試驗了。對于鑄造公司和先進的制造企業來說，這可以節省大量的時間和金錢。

用于抗拉強度預測的共振頻率同樣可以用于其它一些用途。

例如用于驗證某種合金的質量合格性，以及提供質量一致性的驗證等，所有的這些都可以通過簡單、快速的超聲共振無損檢測技術實現。