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01.09.2018 | Ausgabe 3/2018

Journal of Nondestructive Evaluation 3/2018

Explicit Backscattering Coefficient for Ultrasonic Wave Propagating in Hexagonal Polycrystals with Fiber Texture

Zeitschrift:
Journal of Nondestructive Evaluation > Ausgabe 3/2018
Autor:
Gaofeng Sha

Abstract

Hexagonal polycrystalline materials such as titanium, zirconium and magnesium are common in engineering structures like car bodies and airplane engines. These components are usually specially designed in microstructure level to guarantee desired mechanical properties, so microstructure characterization is of great importance to the optimization of manufacturing processes. Compared with traditional destructive characterization methods like scanning electron microscopy (SEM), the ultrasonic approach is nondestructive and cost-effective. Although some progress has been made in ultrasonic microstructure characterization of polycrystal aggregates of hexagonal grains, some factors like macro texture and grain size distribution associated with realistic microstructures were not accounted for yet. Targeting one common texture component for hexagonal polycrystalline materials, {0001} basal fiber texture, this paper derived the explicit backscattering coefficient for aggregates of ellipsoidal grains through one texture parameter and obtained an analytical backscattering coefficient for microstructures with various grain size distributions. In this study, the basal fiber texture was quantified by the 1D Gaussian orientation distribution function (ODF), which merely includes one texture parameter, and its relationship with generalized spherical harmonics ODF was also addressed. Moreover, explicit expressions for effective elastic moduli and elastic constant covariances were derived. Furthermore, some computational examples were given to demonstrate the impacts of texture, frequency, grain geometry and grain size distribution on backscattering behavior. The theoretical results in this study will greatly benefit the later ultrasonic microstructure characterization of hexagonal polycrystalline materials.

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