依托的国际合作项目名称：基于超声相控阵的3D打印件孔隙率无损评价方法

外方PI: Jie Zhang (University of Bristol, UK)

中文PI: 李雄兵 （中南大学）

由于3D打印钛合金构件具有比强度高和能近净成形等独特的优势，已经被广泛应用于航天、军工等高端领域，而孔隙率是影响其机械性能与服役寿命的重要因素，如何便捷有效地检测其孔隙率是当前的一个热点问题。因此，如何解决3D打印钛合金构件孔隙率评价不便、不准、不快的问题，具有重要的理论和工程应用价值。2017年，在国家自然科学基金委和英国皇家学会的联合资助下，中南大学和英国布里斯托大学开展合作，研究了一种基于超声相控阵的3D打印件孔隙率无损评价方法。

通过金相实验分析了微观孔隙的长度、宽度、长宽比、面积等参数；结合其力学性能，并引入极值理论，建立了超声相控阵散射噪声正演响应模型，对3D打印试块进行相控阵高价散射超声检测。接着，以截断对数正态分布描述晶粒分布，构建加权的空间相关函数，建立了含晶粒分布的相控阵多次散射理论模型，以剔除3D打印钛合金的晶粒散射效应。另外，研究了双相控阵探头发射和接收传播的非线性超声波传播过程，在声源、衍射和衰减修正条件下，进行了相对非线性系数的测量，进而评价3D打印钛合金的孔隙率。最后，根据实测的空间方差曲线，研究了3D打印材料孔隙率的参数反演辨识方法，并基于相控阵探头的水声距及D-H运动学方程，实现了相控阵的C扫描修正，从而进一步实现了3D打印钛合金构件孔隙的超声可视化。

图 相控阵高价散射超声检测

在本项目的资助下取得了研究成果有 ①基于超声相控阵的3D打印件孔隙率无损评价方法；②发表SCI学术论文6篇；③申报发明专利4项；④获得湖南省科技进步二等奖1项；⑤培养硕士研究生4名，其中国际联合培养2名。⑥参加国际学术会议并做口头报告3人次，国际互访6人次。通过本项目的执行，项目团队与英国布里斯托大学建立了稳定的合作关系，为今后双方在超声相控阵技术、材料微观组织评价等领域的长期交流与合作研究奠定了基础。