CN114894903B - 一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统及方法，属于弹性常数测定技术领域。包括分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速；根据被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速，获取被测试样的二阶弹性常数；分别测定在无约束状态下和有约束状态下，被测试样在不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化和热应变；根据热应变、自然波速相对于初始波速的变化和二阶弹性常数，根据热致声弹性效应，获取被测试样的三阶弹性常数。通过本发明的改进，使得实验流程简单，保证了测量精度。解决现有技术中存在的“实验装置复杂、测试流程繁琐、要求被测试样具有特定的形状尺寸且误差范围较大”问题。
Description
技术领域
本申请涉及弹性参数测定技术领域，特别是涉及一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
弹性常数是描述固体材料力学性质的重要参数，其中二阶弹性常数反映了材料的线性弹性行为，而三阶弹性常数则与材料的非线性弹性响应有关，涉及到晶格非简谐、波形畸变、边频带以及高次谐波等效应，在材料性能的表征与检测中起着重要作用。
目前，实验测量固体材料三阶弹性常数的传统方法主要有单轴压缩法、静水压力法、谐波生成法等。其中，单轴压缩法和静水压力法主要是测量单轴和静水加载条件下试样中小振幅声波速度的变化。田家勇学者在论文《岩石三阶弹性模量的高精度测定研究》中通过脉冲回波法测量了双轴加载条件下沿薄板岩样厚度方向传播的超声横、纵波波速变化，来测定岩石的三阶弹性模量。但是，该方法需要复杂的应力加载测量装置，实验费时费力且误差范围较大。
姜文华学者在论文《测量三阶弹性常数的非线性声学方法》中利用谐波生成法测量了有限振幅声波在试样中传播时所产生的二次谐波分量，依据非线性系数来确定材料的三阶弹性常数。但是，为了保证测量的准确性，该方法需采用较高的工作频率且要求试样具有足够的长度，这给被测试样的制作，特别是单晶样品带来的困难。
南京理工大学提出了一种利用激光超声波测定金属三阶弹性常数的方法(公开号为CN102297898B，金属三阶弹性常数的激光超声测定方法)。该方法利用脉冲激光线源激发声表面波，通过测量有应力和无应力状态下的体波及表面波波速来计算金属材料的三阶弹性常数。但是，该方法需要考虑应变引起的金属密度和测厚变化，容易引入测量误差，给实验操作带来了不便。
综上所述，目前的三阶弹性常数测定方法往往都存在实验装置复杂、测试流程繁琐、要求被测试样具有特定的形状尺寸且误差范围较大的缺点，这导致许多常见固体材料的三阶弹性常数都缺乏研究。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本申请提供了一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统及方法，采用脉冲回波法测量不同温度条件下被测试样的体波波形，利用尾波干涉法分析体波自然波速的相对变化，结合热致声弹性理论可无损、快速、简便、高精度的测量各向同性材料的三阶弹性常数，对材料试样的尺寸要求较低，实验流程简单，保证了测量精度。
第一方面，本申请提供了一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统；
一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统，包括环境箱、计算机、超声脉冲信号发生器、换能器和示波器；
所述环境箱用于进行各向同性材料三阶弹性常数的测定实验；所述计算机用于实时监控环境箱内的温度，控制升温间隔和恒温时间；
所述超声脉冲信号发生器用于发出激发电信号；所述换能器用于将激发电信号转换为力信号作用于被测试样并采集被测试样的脉冲回波信号及尾波信号通过超声脉冲信号发生器传输至所述示波器；所述示波器用于显示脉冲回波波形和尾波波形，将脉冲回波波形和尾波波形传输至所述计算机以进行波形分析。
通过采用上述技术方案，通过环境箱、计算机、超声脉冲信号发生器、换能器和示波器的配合使用，即可完成各向同性材料三阶弹性常数测定实验，实验装置简单，实验流程简练，对被测试样的尺寸没有严格要求，具有良好的应用推广前景。
第二方面，本申请提供了一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法，包括：
分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速；
根据所述被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速，获取所述被测试样的二阶弹性常数；
分别测定在无约束状态下和有约束状态下，所述被测试样在不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化和热应变；
根据热应变、自然波速相对于初始波速的变化和二阶弹性常数，根据热致声弹性效应，获取被测试样的三阶弹性常数。
通过采用上述技术方案，采集不同温度条件下脉冲回波的波形数据，采用尾波干涉技术计算自然波速的相对变化，不用考虑材料的密度、厚度变化，减少测量误差，使得测量结果更精确。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
1、摒除复杂的力学加载测量装置，采用简单的控温设施，简化了实验流程，为实验操作提供便利；
2、对被测试样的尺寸没有严格要求，具有良好的应用推广前景；
3、采集不同温度条件下脉冲回波的波形数据，采用尾波干涉技术计算自然波速的相对变化，不用考虑材料的密度、厚度变化，减少测量误差，使得测量结果更精确。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请实施例的流程示意图；
图2为本申请实施例中各向同性材料三阶弹性常数测定系统的示意图；
图3为本申请实施例中无约束条件下，6061-T6铝合金试样的实验平面示意图；
图4为本申请实施例中无约束条件下，6061-T6铝合金试样不同温度下横波的部分尾波波形仿真示意图；
图5为本申请实施例中无约束条件下，6061-T6铝合金试样不同温度下纵波的部分尾波波形仿真示意图；
图6为本申请实施例中沿6061-T6铝合金试样的长度方向施加固定约束后，6061-T6铝合金试样的实验平面示意图；
图7为本申请实施例中沿6061-T6铝合金试样的长度方向施加固定约束后，6061-T6铝合金试样不同温度下横波的部分尾波波形；
图8为本申请实施例中沿6061-T6铝合金试样的长度方向施加固定约束后，6061-T6铝合金试样不同温度下纵波的部分尾波波形；
图9为本申请实施例中无约束条件下和施加固定约束条件下，6061-T6铝合金试样自然波速的相对变化对照图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法。
一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法，包括：
分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速；
根据所述被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速，获取被测试样的二阶弹性常数；
分别测定在无约束状态下和有约束状态下，被测试样在不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化和热应变；
根据热应变、自然波速相对于初始波速的变化和二阶弹性常数，根据热致声弹性效应，获取被测试样的三阶弹性常数。
进一步的，在分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速之前，还包括：
测定被测材料的线性膨胀系数，加工被测试样。
进一步的，通过静态热机械分析法测定被测材料的线性膨胀系数。
进一步的，测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速的方法包括：
将被测试样加热至预定的初始温度，根据被测试样的质量和体积，计算得到被测试样的初始材料密度；
通过超声脉冲信号发生器和横波换能器采集横波的脉冲回波波形，根据两次获取脉冲回波的平均时间间隔和被测试样的厚度，获取初始横波波速；
通过超声脉冲信号发生器和纵波换能器采集纵波的脉冲回波波形，根据两次获取脉冲回波的平均时间间隔和被测试样的厚度，获取初始纵波波速。
进一步的，二阶弹性常数表示为λ和μ，二阶弹性常数的波速测量公式为
其中，ρ0为初始材料密度，为初始纵波波速，/>是初始横波波速。
进一步的，在无约束状态下，分析不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化的方法包括：
将初始温度T0下体波的尾波波形作为参考波形，表示为Sref(t)，升温后的尾波波形表示为Scur(t)，通过对Sref(t)波形在时间轴上进行拉伸或压缩可以得到新的波形其中∈为伸缩变换因子，在同一时间窗口下计算/>与Scur(t)之间的互相关系数CC(∈)，其中互相关系数CC(∈)的定义式为
提取CC(∈)最大时所对应的伸缩变换因子∈max，此时-∈max即为升温后自然波速的相对变化具体如下式：
其中，V0为初始波速。
进一步的，热致声弹性效应下各向同性材料在自然坐标系中描述的波传播方程：
其中，Aαβγδ为自然坐标系下的等效弹性常数，δαγ为克罗内克函数，为二阶弹性常数，/>为三阶弹性常数，ΔT为温度变化，ββδ为热应力张量，/>为自然坐标系下各向同性材料初始状态的应变，/>为温度变化(ΔT)引起的各向同性材料柯西应力张量。
进一步的，有约束状态为：
将夹持件分别设置于被测试样沿施加固定约束的方向的两端。
接下来，结合图1-9对本实施例公开的一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法进行详细说明。
一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法，采用脉冲回波法测量不同温度条件下被测试样中的体波波形，利用尾波干涉法分析体波自然波速的相对变化，结合热致声弹性理论可无损、快速、简便、高精度的测量各向同性材料的三阶弹性常数，包括：
在进行步骤S1之前，先测定被测材料的线性膨胀系数，加工被测试样；采用静态热机械分析法(TMA)测定被测材料的线性膨胀系数αT；
步骤1、分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速；所述步骤1包括：
步骤101、搭建各向同性材料三阶弹性常数的测定系统；
步骤102、将被测试样放置在环境箱中加热到预定的初始温度T0，并恒温保持一段时间，以保证试样整体受热均匀；
步骤103、测量被测试样的质量M0、尺寸(沿被测方向的厚度为d0)及体积V0，计算得到试样的初始密度ρ0＝M0/V0；
步骤104、在换能器探头表面均匀涂抹适量的耦合剂，轻轻按压在被测试样的表面，利用超声脉冲回波法分别采集横波的脉冲回波波形和纵波的脉冲回波波形，并取两次回波的平均时间间隔来计算被测试样的初始横波波速及初始纵波波速其中，tS和tL分别为横波和纵波两次回波的平均时间间隔；
步骤2、根据所述被测试样的初始材料密度ρ0、初始横波波速和初始纵波波速获取被测试样的二阶弹性常数；
对于各向同性的固体材料而言，独立的二阶弹性常数有2个，通常表示为Lamé常数λ和μ，其中二阶弹性常数的声速测量公式为：
其中，根据式(1)(2)，即可计算得到各向同性材料的二阶弹性常数λ和μ。
步骤3、分别测定在无约束状态下和有约束状态下，所述被测试样在不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化和热应变；步骤3包括：
步骤301、将被测试样放置在环境箱中的支撑件上，不施加任何固定约束，以保证其能够产生自由的热变形；
步骤302、将换能器探头表面均匀涂抹适量的耦合剂，轻轻按压在试样的中心部位，分别采集不同温度下体波的尾波波形；控制升温间隔ΔT，在每一个温度下需恒温保持一定的时间tC，以保证试样整体受热均匀；
步骤303、通过尾波干涉法分析不同温度条件下体波的尾波波形，得到其自然波速的相对变化；
具体的，将初始温度T0下体波的尾波波形作为参考波形，表示为Sref(t)，升温后的尾波波形表示为Scur(t)，通过对Sref(t)波形在时间轴上进行拉伸或压缩可以得到新的波形其中∈为伸缩变换因子，t1为分析时间轴的初始时间，t2为分析时间轴的结束时间，t1至t2可以称之为时间窗口，在同一时间窗口(t1至t2)下计算与Scur(t)之间的互相关系数CC(∈)，其中互相关系数CC(∈)的定义式为
提取CC(∈)最大时所对应的伸缩变换因子∈max，此时-∈max即为升温后自然波速的相对变化具体如下式：
其中，V0为初始波速；
步骤304、给被测试样施加固定约束，限制其在一个方向上的热应变；随后重复步骤302-303，在相同的温度范围内，采集不同温度条件下体波的尾波波形，并分析得到其自然波速的相对变化；
步骤4、根据热应变、自然波速相对于初始波速的变化和二阶弹性常数，根据热致声弹性效应，获取被测试样的三阶弹性常数。根据热致声弹性理论推导得到被测试样热应变、自然波速相对变化、被测试样的二阶、三阶弹性常数之间的关系，结合上述步骤中测得的参数，可以准确计算得各向同性材料的三阶弹性常数(Murnaghan常数)l，m和n；
热致声弹性效应下各向同性材料的波传播过程可以简化为三种状态，各向同性材料处于室温条件下的状态称为自然状态，环境温度变化后各向同性材料所处的状态称之为初始状态，在初始状态的各向同性材料上叠加声波微扰动，则各向同性材料处于最终状态。对应于三种状态，可用三种坐标系来描述，其中χα(α＝1,2,3)表示自然坐标系的位置分量，uα(α＝1,2,3)表示从自然状态到最终状态的材料位移，后续方程中均采用爱因斯坦标记法，不同的下标表示不同的方向。假设各向同性材料变形过程为等温或等熵过程，经推导可得到热致声弹性效应下材料在自然坐标系中描述的波传播方程：
其中，Aαβγδ为自然坐标系下的等效弹性常数，δαγ为克罗内克函数，为二阶弹性常数，/>为三阶弹性常数，ΔT为温度变化，ββδ为热应力张量，/>为自然坐标系下材料初始状态的应变，/>为温度变化(ΔT)引起的材料柯西应力张量；
对于各向同性材料而言，二阶弹性常数三阶弹性常数/>及热应力张量βij的具体定义式如下：
βij＝(3λ+2μ)αTδij(11)
其中Iαβγδ的定义式如下：
Iαβγδ＝(δαγδβδ+δαδδβγ)/2 (12)
根据上述热致声弹性效应下材料的波传播方程，由式(6)(7)(8)可以推导出自然波速相对变化、热应变与材料弹性常数三者之间的关系，结合上述步骤的测试结果，即可准确计算出各向同性材料的三阶弹性常数(Murnaghan常数)l,m和n。
接下来，采用本申请实施例叙述的一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法对6061-T6铝合金的三阶弹性常数进行测定。具体步骤如下：
步骤1、采用静态热机械分析法(TMA)测定6061-T6铝的线性膨胀系数αT＝24με/℃，加工长×宽×厚为350mm×300mm×4mm的6061-T6铝合金试样；
步骤201、搭建基于热致声弹性效应的材料三阶弹性常数测定系统，如图1所示，其中超声脉冲信号发生器的型号为Olympus 5072PR，示波器的型号为Tektronix DPO 2002B，横波探头的中心频率为2.25MHz，型号为Olympus V154，纵波探头的中心频率为2.25MHz，型号为Olympus A106S；
步骤202、在环境箱中将被测试样由室温加热到预定的初始温度T0，并恒温保持一段时间，以保证试样整体充分受热均匀；
步骤203、测量被测试样的质量M0＝1130.262g、尺寸(沿被测方向的厚度为d0＝4mm)及体积V0＝4.2×105mm3，计算得到试样的初始密度ρ0＝M0/V0＝2691.1kg/m3；
步骤204、在横波换能器探头和纵波换能器探头表面均匀涂抹适量的耦合剂，轻轻按压在6061-T6铝合金试样的表面，分别采集横波和纵波的脉冲回波波形，取横波两次回波的平均时间间隔来计算6061-T6铝合金试样的初始横波波速取纵波两次回波的平均时间间隔来计算6061-T6铝合金试样的初始纵波波速/>其中，tS和tL分别为横波和纵波两次回波的平均时间间隔；
步骤3、利用初始温度下6061-T6铝合金被测试样的初始横波声速初始纵波声速/>及初始密度ρ0，通过式(1)和式(2)，计算可以得到6061-T6铝合金被测试样的二阶弹性常数(Lamé常数)λ＝57.706GPa，μ＝26.671Gpa；
步骤401、在环境箱中将6061-T6铝合金试样放置在支撑件上，不施加任何固定约束，以保证其能够产生自由的热变形；
步骤402、横、纵波换能器探头表面均匀涂抹适量的耦合剂后，轻轻按压在试样的中心部位，用于分别采集不同温度下横波和纵波的尾波波形；控制的实验温度范围是25～30℃，升温间隔ΔT＝1℃，在每一个温度下恒温保持一定的时间tC＝200min，以保证试样整体受热均匀；
步骤403、如图8所示，利用尾波干涉法分析6061-T6铝合金试样在不同温度条件下横波和纵波的尾波波形，通过式(3)(4)(5)可以分别得到无约束条件时，横、纵波自然波速的相对变化；如图9所示，图9展示了无约束条件下，6061-T6铝合金试样在不同温度下横、纵波自然波速的相对变化；
步骤404、图6中，箭头3所指的方向为6061-T6铝合金试样的宽度方向，箭头2所指的方向为6061-T6铝合金试样的长度方向，箭头1所指的方向为6061-T6铝合金试样的厚度方向。如图6所示，在6061-T6铝合金试样沿长度方向的两端安装夹持件并固定位移，限制其在6061-T6铝合金试样长度方向上的热应变，也就是图6中的2方向；随后重复步骤402与步骤403，在相同的温度范围内，采集不同温度条件下体波的尾波波形，并分析得到其自然波速的相对变化，图7和图8分别展示了沿6061-T6铝合金试样长度方向上施加固定约束后，6061-T6铝合金试样不同温度下横、纵波的部分尾波波形，其中图9展示了在6061-T6铝合金试样长度方向上方向施加固定约束后，6061-T6铝合金试样在不同温度下纵波自然波速的相对变化；
步骤5、结合上述实验步骤，在无约束条件下，根据公式(6)可以推导出如下关系：
热应变εT＝αTΔT、自然波速的相对变化与材料弹性常数的关系如下式：
当在6061-T6铝合金试样长度方向上施加固定约束时，根据公式(6)以推导出，热应变εT＝αTΔT、自然波速的相对变化与材料弹性常数的关系如下式：
其中，声速Vij的第一个下标表示超声体波的传播方向，第二个下标表示超声体波的偏振方向，V11即为传播方向为6061-T6铝合金试样的厚度方向的纵波声速，V12即为传播方向为6061-T6铝合金试样的厚度方向，偏振方向为6061-T6铝合金试样的长度方向的横波声速。即为初始横波波速，/>即为初始横波波速；
根据上述步骤的测试结果，联立式(13)(14)(16)，可以计算得到6061-T6铝合金试样的三阶弹性常数，具体结果见表1。
表1实验测定结果与文献中三阶弹性常数数据的对比
| 6061-T6铝合金 | J.R.Asay et al | 本发明专利 |
| l(GPa) | -281.5 | -204.84 |
| m(GPa) | -339 | -373.41 |
| n(GPa) | -416 | -395.82 |
由表1可知，基于热致声弹性效应测量的6061-T6铝合金材料三阶弹性常数和现有文献(引自J.R.Asay and A.H.Guenther,“Ultrasonic studies of 1060and6061-T6aluminum,”J.Appl.Phys.38,4086–4088(1967).)中的实验测量值吻合较好。因此，证明了这种实验测定各向同性材料三阶弹性常数方法的正确性。由于材料生产批次的不同，会导致实验结果与文献中的数据存在一定的偏差，但能够满足工程及科学研究所允许误差的要求。
实施例二
本实施例公开了一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统，包括环境箱、计算机、超声脉冲信号发生器、换能器和示波器；换能器包括横波换能器和纵波换能器；环境箱内包括控温系统、支撑件和夹持件；
环境箱用于进行各向同性材料三阶弹性常数的测定实验；控温系统用于根据计算机的指令调节环境箱内的温度、升温间隔和恒温时间；计算机与温控系统通信连接，用于实时监控环境箱内的温度，控制升温间隔和恒温时间；超声脉冲信号发生器用于发出激发电信号；纵波换能器与超声脉冲信号发生器通过连接线连接，纵波换能器用于将激发电信号转换为力信号作用于被测试样并采集被测试样纵波的脉冲回波信号及尾波信号通过超声脉冲信号发生器传输至示波器；示波器用于显示脉冲回波波形和尾波波形，将脉冲回波波形和尾波波形传输至计算机以进行波形分析。
支撑件设置于环境箱内，用于支撑被测试样；具体的，支撑件为支撑台结构；夹持件沿被测试样施加固定约束的方向设置于被测试样两侧，用于对被测试样施加固定约束；具体的，夹持件为夹持板。
上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，包括：
分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速；
根据所述被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速，获取被测试样的二阶弹性常数；
分别测定在无约束状态下和有约束状态下，所述被测试样在不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化和热应变；
根据热应变、自然波速相对于初始波速的变化和二阶弹性常数，根据热致声弹性效应，获取被测试样的三阶弹性常数；
如上述实验步骤，在无约束条件下，可以推导出如下关系：
热应变εT＝αTΔT、自然波速的相对变化与材料弹性常数的关系如下式：
当在铝合金试样长度方向上施加固定约束时，可以推出如下关系：
热应变εT＝αTΔT、自然波速的相对变化与材料弹性常数的关系如下式：
其中，声速Vij的第一个下标表示超声体波的传播方向，第二个下标表示超声体波的偏振方向，V11即为传播方向为铝合金试样的厚度方向的纵波声速，V12即为传播方向为铝合金试样的厚度方向，偏振方向为铝合金试样的长度方向的横波声速，即为初始横波波速，Vs即为横波波速，/>即为初始纵波波速，VL即为纵波波速，αT即为线性膨胀系数，ΔT即为升温间隔，λ和μ即为二阶弹性常数，l、m、n即为三阶弹性常数。
2.如权利要求1所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，在分别测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速之前，还包括：
测定被测材料的线性膨胀系数，加工被测试样。
3.如权利要求2所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，通过静态热机械分析法测定被测材料的线性膨胀系数。
4.如权利要求1所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，测定初始温度下被测试样的初始材料密度、初始横波波速和初始纵波波速的方法包括：
将被测试样加热至预定的初始温度，根据被测试样的质量和体积，计算得到被测试样的初始材料密度；
通过超声脉冲信号发生器和横波换能器采集横波的脉冲回波波形，根据两次获取脉冲回波的平均时间间隔和被测试样的厚度，获取初始横波波速；
通过超声脉冲信号发生器和纵波换能器采集纵波的脉冲回波波形，根据两次获取脉冲回波的平均时间间隔和被测试样的厚度，获取初始纵波波速。
5.如权利要求1所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，二阶弹性常数表示为λ和μ，二阶弹性常数的波速测量公式为
其中，ρ0为初始材料密度，为初始纵波波速，/>是初始横波波速。
6.如权利要求1所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，在无约束状态下，分析不同温度条件下自然波速相对于初始波速的变化的方法包括：
将初始温度T0下的尾波波形作为参考波形，表示为Sref(t)，升温后的尾波波形表示为Scur(t)，通过对Sref(t)波形在时间轴上进行拉伸或压缩可以得到新的波形其中∈为伸缩变换因子，在同一时间窗口(t1至t2)下计算与Scur(t)之间的互相关系数CC(∈)，其中互相关系数CC(∈)的定义式为
提取CC(∈)最大时所对应的伸缩变换因子∈max，此时-∈max即为升温后自然波速的相对变化具体如下式：
其中，V0为初始波速。
7.如权利要求1所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，热致声弹性效应下各向同性材料在自然坐标系中描述的波传播方程：
其中，Aαβγδ为自然坐标系下的等效弹性常数，δαγ为克罗内克函数，为二阶弹性常数，/>为三阶弹性常数，ΔT为温度变化，ββδ为热应力张量，/>为自然坐标系下各向同性材料初始状态的应变，/>为温度变化(ΔT)引起的各向同性材料柯西应力张量。
8.如权利要求1所述的各向同性材料三阶弹性常数测定方法，其特征是，有约束状态为：
将夹持件分别设置于被测试样沿施加固定约束的方向的两端。
9.一种各向同性材料三阶弹性常数测定系统，其特征是，包括环境箱、计算机、超声脉冲信号发生器、换能器和示波器；
所述环境箱用于进行各向同性材料三阶弹性常数的测定实验；所述计算机用于实时监控环境箱内的温度，控制升温间隔和恒温时间；
所述超声脉冲信号发生器用于发出激发电信号；所述换能器用于将激发电信号转换为力信号作用于被测试样并采集被测试样的脉冲回波信号及尾波信号通过超声脉冲信号发生器传输至示波器；所述示波器用于显示脉冲回波波形和尾波波形，将脉冲回波波形和尾波波形传输至计算机以进行波形分析；
如上述波形分析，在无约束条件下，可以推导出如下关系：
热应变εT＝αTΔT、自然波速的相对变化与材料弹性常数的关系如下式：
当在铝合金试样长度方向上施加固定约束时，可以推出如下关系：
热应变εT＝αTΔT、自然波速的相对变化与材料弹性常数的关系如下式：
其中，声速Vij的第一个下标表示超声体波的传播方向，第二个下标表示超声体波的偏振方向，V11即为传播方向为铝合金试样的厚度方向的纵波声速，V12即为传播方向为铝合金试样的厚度方向，偏振方向为铝合金试样的长度方向的横波声速，即为初始横波波速，Vs即为横波波速，/>即为初始纵波波速，VL即为纵波波速，αT即为线性膨胀系数，ΔT即为升温间隔，λ和μ即为二阶弹性常数，l、m、n即为三阶弹性常数。
10.如权利要求9所述的各向同性材料三阶弹性常数测定系统，其特征是，所述环境箱内包括控温系统、支撑件和夹持件；
控温系统用于根据计算机的指令调节环境箱内的温度、升温间隔和恒温时间；
支撑件设置于所述环境箱内，用于支撑被测试样；
夹持件沿所述被测试样施加固定约束的方向设置于被测试样两侧，用于对被测试样施加固定约束。
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