被测试样表面应清洁平整 以清除

换能器布置于检测区域的指定位置。体波法中应保证纵波声速和横波声速测量时，纵波换能器 换能器位于同一检测位置

7.4检测仪器的调整和设置

超声脉冲信号收发仪器调整到正常工作状态安全生产标准规范范本，设置脉冲激励频率、脉冲激励电压、接收信号滤波 接收信号放大增益、A扫信号显示位置和宽度等检测参数。

7.5.1检测系统示意图

体波法通过测量块状固体中纵波和横波的传播速度获得其弹性模量和泊松比，其检测系统如图： 所示。

7.5.2纵波声速测量

图2体波法弹性模量和泊松比检测系统示意图

7.5.2.1通过测量被测试样的厚度和纵波在其中的传播时间，获得被测试样的纵波声速。 7.5.2.2纵波换能器放置于被测试样声波入射面，施加耦合剂，保证良好耦合，调整超声脉冲信号收发 仪，使底面回波信噪比不低于10dB，调整示波器，获得尽可能多的底面回波信号，如图3所示， 7.5.2.3声波从入射面传播至反射面再传播回人射面称为一次完整路径传播，一次完整路径传播为 2倍被测试样厚度。第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数n，等于回波个数

减1。如图3所示，回波1和回波5之间完整路径传播次数为4。

GB/T 388972020

7.5.2.5按式(1)计算被测试样的纵波声速

2n,h U= At.

厂 纵波声速，单位为米每秒（m/s）； 第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数； 厚度，单位为米（m）； 第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差，单位为秒（s)

7.5.3横波声速测量

7.5.3.1通过测量被测试样的厚度和横波在其中的传播时间，获得被测试样的横波声速， 7.5.3.2横波换能器放置于被测试样声波人射面，施加耦合剂，保证良好耦合，调整超声脉冲信号收发 仪，使底面回波信噪比不低于10dB，调整示波器，获得尽可能多的底面回波信号，如图2所示。 7.5.3.3计算第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数n，。 7.5.3.4测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差△t。。 7.5.3.5按式（2）计算被测试样的横波声速

2n,h )s At.

横波声速，单位为米每秒（m/s）； n， 第一个回波信号和最后一个回波信号之间完整路径传播次数： 一一厚度，单位为米（m）： △t一第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差，单位为秒（s）

7.5.4弹性模量和泊松比计算

7.5.4.1计算方法

根据声波传播规律，由待测材料的纵波声速、横波声速和密度，计算得到待测材料的弹性模量和泊 松比。

7.5.4.2杨氏模量

按式（3)计算被测试样的杨氏模量：

7.5.4.3剪切模量

按式（5)计算被测试样的泊松比

7.6.1检测系统示意图

图4导波法弹性模量和泊松比检测系统示意图

7.6.2纵波声速测量

GB/T 388972020

7.6.2.1通过测量被测试样的长度和纵波在其中的传播时间，获得被测试样的纵波声速。 7.6.2.2磁致伸缩波导杆式纵波换能器放置于被测试样声波入射面，采用钎焊法将换能器的波导杆与 被测试样焊接在一起，保证良好耦合，调整超声脉冲信号收发仪，使底面回波信噪比不低于10dB，调整 示波器，获得尽可能多的底面回波信号，如图3所示。 7.6.2.3计算第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数nlg 7.6.2.4测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差△tig。 7.6.2.5按式（6）计算被测试样材料的纵波声速

Vg 纵波声速，单位为米每秒（m/s）； nig—第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数； 一一长度，单位为米（m）； At—第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差，单位为秒(s)

7.6.3扭转波声速测量

.6.3.2磁致伸缩波导杆式扭转波换能器放置于被测试样声波人射面，采用针焊法将换能器的波导杆 与被测试样焊接在一起，保证良好耦合，调整超声脉冲信号收发仪，使底面回波信噪比不低于10dB，调 整示波器，获得尽可能多的底面回波信号，如图3所示。 7.6.3.3计算第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数ng。 7.6.3.4测量第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差△tg。 7.6.3.5按式（7）计算被测试样的扭转波声速：

2nigl tg Attg

tg 扭转波声速，单位为米每秒（m/s）； ng 第一个回波信号和最后一个回波信号之间的完整路径传播次数； 1 长度，单位为米（m）； A 第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差，单位为秒（s）

.6.4弹性模量和泊松比

7.6.4.1计算方法

根据声波传播规律，由待测材料的纵波声速、扭转波声速和密度，计算得到待测材料的弹 泊松比。

7.6.4.2杨氏模量

按式（8)计算被测试样的杨氏模量： 式中： 一杨氏模量，单位为帕斯卡(Pa)

密度，单位为千克每立方米（kg/m"） 纵波声速，单位为米每秒（m/s）

密度，单位为十克母立方米（kg/m） 一纵波声速，单位为米每秒（m/s）

7.6.4.3剪切模量

按式（9)计算被测试样的剪切模量： G = pUrg2 .( 9) 式中： G 剪切模量，单位为帕斯卡（Pa)； 密度，单位为千克每立方米（kg/m"）； U 扭转波声速，单位为米每秒（m/s）。

按式（10）计算被测试样的泊松比：

式中： u 泊松比； UIg 纵波声速，单位为米每秒（m/s）； Uig 扭转波声速，单位为米每秒（m/s）

式中： 一泊松比； UIg 纵波声速，单位为米每秒（m/s）； U 一扭转波声速，单位为米每秒（m/s）

7.7.1体波法检测步骤

，纵波换能器稳定耦合在检测位置 7.7.1.2记录示波器测出的被测试样中第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差和 完整路径传播次数 7.7.1.3根据式（1），计算被测试样的纵波声速。 7.7.1.4采用横波换能器重复7.7.1.1和7.7.1.2，根据式（2），计算被测试样的横波声速。 7.7.1.5 根据式（3）、式（4）和式（5），计算被测试样的杨氏模量、剪切模量和泊松比。 7716体波法通性模量和泊松比测量实例会回附录B

7.7.2导波法检测步骤

7.7.2.1按7.4调整和设置检测仪器。根据换能器布置方 在圆形截面杆试样一端。 7.7.2.2记录示波器测出的被测试样中第一个回波信号前沿和最后一个回波信号前沿之间的时间差和 完整路径传播次数。 7.7.2.3根据式（6），计算被测试样圆形截面杆内部的纵波声速。 7.7.2.4采用磁致伸缩波导杆式扭转波换能器重复7.7.2.1和7.7.2.2，根据式（7），计算被测试样圆形截 面杆内部的扭转波声速。 7.7.2.5根据式（8）、式（9）和式（10），计算被测试样的杨氏模量、剪切模量和泊松比。 7.7.2.6导波法弹性模量和泊松比测量实例.参见附录B。

报告应包括且不限于下列内容：

a）检测方法； b）被测试样的材料； 耦合剂； ） 超声脉冲信号收发仪器的名称、型号等； 超声换能器的类型、尺寸和频率； f）检测时的环境温度； g）被测试样的杨氏模量、剪切模量和泊松比的测量值； h）检测单位、人员和目期

GB/T388972020

a）检测方法； b）被测试样的材料； 耦合剂； ） 超声脉冲信号收发仪器的名称、型号等； 超声换能器的类型、尺寸和频率； f）检测时的环境温度； g）被测试样的杨氏模量、剪切模量和泊松比的测量值； h）检测单位、人员和日期。

附录A （资料性附录） 弹性模量和泊松比检测材料 按本标准规定的方法检测弹性模量和泊松比的材料名称如表A.1所示。

表A.1弹性模量和泊松比检测材料汇总表

GB/T388972020

附 录 B （资料性附录） 弹性模量和泊松比测量及不确定度评定实例

本附录以钢块和碳棒为例分别说明体波法和导波法测量弹性模量和泊松比的不确定度评定。 在下面的不确定评定中，待测材料为钢块和碳棒，待测的各分量互不相干，因此灵敏系数均为1，在 下面的评定中不再单独列出关于灵敏系数的说明

测量弹性模量和泊松比的不确定度来源主要有： a）纵波/横波声时测量不确定度，包括其测量重复性、模数转换精度所引入的测量不确定度等； b）游标卡尺引入的长度测量不确定度； c）被测试样的密度测量不确定度

法检测钢块弹性模量和泊松比及其不确定度评定

B.3.1纵波声时、横波声时和厚度测量值

利用体波法检测钢块的弹性模量和泪松比，便用示波器、超声脉冲信号收发仪和接触式压电换能 建的通用检测系统测量纵波声时和横波声时，使用游标卡尺测量待测材料厚度，重复测量10次，耳 的平均值作为各个测量量的基本值，计算其标准差，测量结果分别如表B.1、表B.2和表B.3所示

表B.1纵波声时测量值

表B.2横波声时测量值

测量量平均值的标准差按式(B.1)计算

式中： 77 重复测量次数；

B.3.2纵波声速测量值及标准不确定度评定

B.3.2.1纵波声时的标准不确定度评定

B.3.2.1.1纵波声时的标准不确定度A类评定

纵波声时测量的重复性采用A类评定，纵波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值 的标准差：

B.3.2.1.2纵波声时的标准不确定度B类评定

ur=0.0016μs

数据采样卡的模数转换引入的测量不确定度采用B类评定。纵波声时测量精度取决于采样频 压分辨率，经验表明数据采样卡的模数转换误差引起的测量误差一般不会超过5个采样周期 I100MHz的采样频率时，系统测量声时的误差不超过50ns，因此纵波声时的示值误差的半区间 S，引人的标准不确定度按均勾分布估计，则纵波声时的B类标准不确定度为：

#2=25ns//3=0.0144μs ..............(B.3

3.2.1.3纵波声时的合成标准不确定度

纵波声时的合成标准不确定度为：

厚度的标准不确定度评方

B.3.2.2.1厚度的标准不确定度A类评定

=25 ns/v3 =0.0144μs ........

t=/um+u2"=0.0145μs *.*.( B.

B.3.2.2.2厚度的标准不确定度B类评定

厚度测量使用分辨力为0.02mm的游标卡尺，其测量分辨力引入的测量不确定度采用E 示值误差的半区间为0.01mm，按均匀分布估计，B类标准不确定度为： ur2 = 0.01 mm/ /3 = 0.005 8 mm

B.3.2.2.3厚度的合成标准不确定度

度的合成标准不确定度为

B.3.2.3纵波声速测量值及标准不确定度评定

B.3.3横波声速测量值及标准不确定度评定

B.3.3.1横波声时的标准不确定度评定

B.3.3.1.1横波声时的标准不确定度A类评

GB/T388972020

2h =5868.66m/s ( B.8 dU =25.974 m/s 3 ...(B.9

横波声时测量的重复性采用A类评定，横波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值 的标准差：

B.3.3.1.2横波声时的标准不确定度B类评定

u=0.0016μs

横波声时的标准不确定度B类评定与纵波声时的标准不确定度B类评定相同，对数据采样卡的模 数转换引人的测量不确定度采用B类评定：

B.3.3.1.3横波声时的合成标准不确定度

横波声时的合成标准不确定度为

B.3.3.2厚度的标准不确定度评定

厚度的标准不确定度评定与纵波相同，合成标准不确定度为：

厚度的标准不确定度评定与纵波相同，合成标准不确定度为：

B.3.3.3横波声速测量值及标准不确定度评定

横波声速由横波声时和厚度计算，横波声速和其合成标准不确定度分别为：

B.3.4密度的标准不确定度评定

ur2=25ns//3=0.0144μs

ur=u.+ur2=0.0145μs

un=/u.±u.=0.0091mm

2h 3191.56m/s U ....( B.14 t, C 0 =8.069m/s . B.15 +

钢密度0取7.84g/cm，测量精度小于或等于0.1%，取95%置信度，扩展因子为2，计算得到 定度u。为0.0039g/cm。

5弹性模量和泊松比测量值及标准不确定度评

.4.2式（3)代入纵波声速、横波声速和密度值计

GB/T 38897—2020

因子为3，则待测材料的杨氏模量的扩展不确定度

B.3.5.2剪切模量测量值及标准不确定度评定

由7.5.4.3式（4），代人横波声速和密度值计算得到剪切模量： G =pu, =79.86 GPa

取包含因子为3，则待测材料的剪切模量的扩展不确定度为 Uc =3uc =1.218 GPa

B.3.5.3泊松比测量值及标准不确定度评定

5.4.4式（5），代人纵波声速和横波声速计算得到

其合成标准不确定度由纵波声速和横波声速的标准不确定度计算得到

导波法检测碳棒弹性模量和泊松比及其不确定虚

B.4.1纵波声时、扭转波声时和长度测量值

E=pu,2 3V,"—4, =206.04 GPa

=1.154 GPa la.

U,=3up =3.462 GPa

............B.18

......B.9)

0 =0.406 GF av

4=1 =0.006

雷换能器搭建的通用测量系统测量纵波声时和扭转波声时，使用游标卡尺测量待测材料长度，重复测量 10次，取测量的平均值作为各个测量量的基本值，并计算其标准差，测量结果分别如表B.4、表B.5和 表B.6所示，

表B4纵波声时测量值

表B.5扭转波声时测量值

GB/T 388972020

测量量平均值的标准差按式(B.1)计算。

B.4.2纵波声速测量值及标准不确定度评定

B.4.2.1纵波声时的标准不确定度评定

B.4.2.1.1纵波声时的标准不确定度A类评定

纵波声时测量的重复性采用A类评定，纵波声时均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值 的标准差：

B.4.2.1.2纵波声时的标准不确定度 B类评定

u=0.013 3us （B.25

1 =0.013 3 μs

数据采样卡的模数转换引入的测量不确定度采用B类评定。纵波声时测量精度取决于采样频率 和电压分辨率，经验表明数据采样卡的模数转换误差引起的测量误差一般不会超过5个采样周期。当 更用100MHz的采样频率时，系统测量声时的误差不超过50nS，因此纵波声时的示值误差的半区间为 25ns，引入的标准不确定度按均匀分布估计，则纵波声时的B类标准不确定度为：

B.4.2.1.3纵波声时的合成标准不确定度

纵波声时的合成标准不确定度为！

B.4.2.2长度的标准不确定度评定

B.4.2.2.1长度的标准不确定度A类评定

uilg2 =25 ns/ /3 =0.014 4 μs

硅钢片标准uulg2=25ns//3=0.0144μs · B.26

u rtg =udtel"+uug2"=0.019 6 μs ......B..

长度测量的重复性采用A类评定，厚度均值的标准不确定度的A类评定为其多次测量值的标 准差：

B.4.2.2.2长度的标准不确定度B类评定

长度测量使用分辨力为0.02mm的游标卡尺，其测量分辨力引入的测量不确定度采用 示值误差的半区间为0.01mm外墙外保温标准规范范本，按均匀分布估计，B类标准不确定度为： ui2 = 0.01 mm/ /3 = 0.005 8 mm

B.4.2.2.3长度的合成标准不确定度

的合成标准不确定度为：