【摘要】：無(wú)論是金屬薄板還是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空航天、航海艦艇和壓力容器等工業(yè)領(lǐng)域都得到了普遍的運(yùn)用。運(yùn)用超聲波對(duì)此類板狀類材料進(jìn)行損傷檢測(cè)一直以來(lái)都是結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。超聲蘭姆波(Lamb waves)是超聲無(wú)損檢測(cè)中經(jīng)常使用的一種導(dǎo)波形式,與傳統(tǒng)使用超聲體波(橫波和縱波)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)檢測(cè)方式相比,超聲Lamb波檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)一處激發(fā)大面積傳播,因此基于超聲Lamb波的損傷檢測(cè)方法更加快捷和高效�；诔昄amb波的損傷檢測(cè)方法常利用損傷引起的波速變化和振幅變化作為特征參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。本文主要利用薄板件中超聲Lamb波的振幅變化來(lái)研究超聲導(dǎo)波成像檢測(cè)方法。該方法可以進(jìn)行損傷定位和定量,是一種直觀通過(guò)圖像來(lái)判斷損傷的有效技術(shù)。本文首先介紹了Lamb波在各向同性材料和各向異性材料中的傳播機(jī)理,結(jié)合各向同性材料中的波動(dòng)方程及板的邊界條件,求解各向同性材料的Lamb波頻散方程,繪制鋁板中Lamb波的相速度和群速度頻散曲線。根據(jù)分波理論,求解各向異性材料的Lamb波頻散方程。引入波的能流圖概念,介紹一種基于激光掃描的超聲導(dǎo)波損傷評(píng)估方法。為后續(xù)的工作提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。其次,使用有限元分析軟件ABAQUS模擬Lamb波在薄板中的傳播,進(jìn)而驗(yàn)證基于激光掃描的超聲導(dǎo)波損傷評(píng)估方法的可靠性。建立含有損傷的鋁板有限元三維仿真模型,通過(guò)模擬結(jié)果的位移形變?cè)茍D分析Lamb波在鋁板中的傳播特性,采集檢測(cè)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格單元節(jié)點(diǎn)的位移歷史輸出,根據(jù)振幅的變化繪制波的“能流圖”判斷損傷的位置和形狀大小。分析不同頻率的激勵(lì)信號(hào)下對(duì)損傷檢測(cè)效果的影響,研究多個(gè)損傷和損傷在鋁板邊界的復(fù)雜情況下的損傷檢測(cè)。建立含有脫層損傷的CFRP復(fù)合材料層合板有限元三維仿真模型,研究不同的材料鋪層方向下Lamb波的傳播特性,采集檢測(cè)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格單元節(jié)點(diǎn)的位移歷史輸出,根據(jù)振幅的變化繪制波的“能流圖”判斷損傷的位置和形狀大小,研究不同的采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)損傷檢測(cè)圖像效果的影響,研究多個(gè)脫層損傷復(fù)雜情況下的損傷檢測(cè)。最后,提出一種基于Lamb波的層析成像兩級(jí)重建方法的改進(jìn)方案,該方案只需要采集檢測(cè)區(qū)域邊界的Lamb波振幅信號(hào),比基于激光掃描的超聲導(dǎo)波損傷評(píng)估方法的數(shù)據(jù)量要少很多。圖像重構(gòu)主要是通過(guò)兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn),第一步通過(guò)篩選可疑的激光傳播路徑來(lái)大致判斷損傷的位置和形狀,第二步是使用最小二乘法來(lái)準(zhǔn)確重構(gòu)損傷圖像。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法分別檢測(cè)含有非穿透凹槽的鋁板和含有內(nèi)部脫層的CFRP復(fù)合材料層合板中的損傷來(lái)驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。該方法非常適合需要快速損傷檢測(cè)的情況。
【圖文】：

2 Lamb 波的基本理論2.1 概述波是介質(zhì)振動(dòng)的傳播。當(dāng)介質(zhì)粒子振動(dòng)的方向和該介質(zhì)振動(dòng)波的前進(jìn)方向平行時(shí)為縱波（圖 2.1（a）），聲波和地震中的 P 波就是縱波；當(dāng)介質(zhì)粒子振動(dòng)的方向和該介質(zhì)振動(dòng)波的前進(jìn)方向垂直時(shí)為橫波（圖 2.1（b）），電磁波和地震中的 S波就是橫波。由縱波和橫波相互干涉產(chǎn)生的波是表面波，表面波與縱波和橫波相比具有衰減慢，并且能夠長(zhǎng)距離傳播的特點(diǎn)，表面波又可以分為瑞利波（Rayleighwave）和勒夫波（Love wave）兩種。瑞利波（圖 2.1（c））是一種在與波的前進(jìn)方向相互垂直的方向上以橢圓的軌跡振動(dòng)的波，它由縱波和橫波中垂直振蕩的波（SV 波）組成。勒夫波（圖 2.1（d））是一種與波的前進(jìn)方向相互垂直的方向上的波（SH 波）的水平振動(dòng)產(chǎn)生的波。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文分為對(duì)稱模態(tài)（S）和反對(duì)稱模態(tài)（A）[68]，圖 2.2（a）為對(duì)稱（b）為反對(duì)稱模態(tài) Lamb 波。對(duì)稱模態(tài) Lamb 波在薄板中粒中心面對(duì)稱，沿波傳播方向上粒子的振動(dòng)方向相同，而沿子振動(dòng)方向相反，并且粒子以縱波的形式在薄板的中心面mb 波在薄板中粒子的振動(dòng)方向不關(guān)于中心面對(duì)稱，沿波傳播而沿垂直于波傳播方向上粒子的振動(dòng)方向相同，此時(shí)粒子中心面振動(dòng)。不同的模態(tài)在板中的傳播速度不同，，這與薄心頻率以及材料的屬性等有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB302.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2620888