【摘要】：超聲Lamb波檢測技術(shù)因其具有遠距離傳播,能量衰減小,適用于對板結(jié)構(gòu)內(nèi)的大范圍損傷檢測等優(yōu)點,在金屬板類構(gòu)件的損傷檢測中有著廣泛應(yīng)用。在激勵/拾取結(jié)構(gòu)中含損傷特征的超聲Lamb波信號時,接觸式換能器的空間分辨率受限于換能器陣列的分布尺度,進而影響結(jié)構(gòu)損傷的測試結(jié)果。激光超聲檢測技術(shù)基于熱彈效應(yīng)激發(fā)結(jié)構(gòu)件中的超聲Lamb波,以其無需耦合劑,可遠距離激發(fā)/拾取信號,非接觸式檢測以規(guī)避接觸式換能器既有的不足而逐漸成為無損檢測領(lǐng)域的熱點話題。本文采用完全非接觸式激光超聲激勵/拾取技術(shù),數(shù)值模擬和實驗研究了鋁板中損傷檢測的頻率波數(shù)域(f-k)逆時損傷成像新方法。具體研究工作如下:首先,闡述了非接觸激光超聲激勵/拾取技術(shù)的研究背景和應(yīng)用意義,討論了激光超聲Lamb波損傷探測技術(shù)的發(fā)展趨勢。通過對超聲Lamb波的理論分析,明晰了Lamb波的傳播特性和頻散特征,調(diào)研及討論了各向同性板中Lamb波信號處理方法及相關(guān)理論,最終確定了課題的研究方向和內(nèi)容。其次,運用COMSOL有限元分析軟件模擬激光激勵Lamb波在三維板狀結(jié)構(gòu)中的傳播過程。分析了陣列波束成形損傷成像和頻率波數(shù)域逆時損傷成像方法各自優(yōu)缺點及適用性;借鑒相控陣延遲疊加原理建立了陣列波束成形損傷成像方法以實現(xiàn)損傷的快速定位。鑒于陣列波束成形損傷成像方法受波束主瓣寬度及頻散影響,成像區(qū)域較大且損傷成像精度較低,本文提出了基于分頻段時域濾波的頻率波數(shù)域逆時損傷成像方法以實現(xiàn)損傷散射邊界的精確識別。首先運用小波分析方法提取寬頻帶信號中不同中心頻率下的窄頻帶信息以抑制頻散效應(yīng),進而采用動態(tài)時域濾波方法在無需基準信號的前提下提取損傷信號。通過探究時間反轉(zhuǎn)過程中的頻率響應(yīng)函數(shù)及反向傳播過程,驗證了Lamb波窄頻帶信號及寬頻帶信號的時反聚焦特性。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用頻率波數(shù)域逆時損傷成像方法構(gòu)建入射波場及重構(gòu)損傷散射波場以有效彌補頻散效應(yīng),并引入互相關(guān)成像條件實現(xiàn)損傷散射邊界的識別,進而將激光超聲寬頻帶信號中各窄帶頻率分量的成像結(jié)果作邏輯“與”運算以進一步提升損傷成像的精度及信噪比。然后,設(shè)計了一個將脈沖激光器和掃描式激光多普勒測振儀相結(jié)合的完全非接觸式的超聲Lamb波激勵/接收實驗平臺,以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)中超聲Lamb波波場信號的非接觸高分辨率拾取。運用頻率波數(shù)域逆時重構(gòu)法將實測信號進行可視化處理以還原超聲Lamb波的回傳過程,引入互相關(guān)成像條件對不同尺寸的通孔單損傷進行定量分析,并對局部歸一化幅值進行漸變趨勢討論。同時,實驗給出通孔雙損傷及裂紋雙損傷的成像結(jié)果,以驗證此方法對多個微小損傷散射邊界精確識別的有效性。結(jié)果表明:所提出的基于分頻段時域濾波的頻率波數(shù)域逆時損傷成像方法可實現(xiàn)不同尺寸的損傷散射邊界的可視化識別,同時針對含多個損傷的鋁板亦能實現(xiàn)損傷的精確識別,達到缺陷檢測的目的,在工程實踐中具有普適性。最后,對本文的研究工作做出總結(jié),并指出下一步研究的方向。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249;TB559
【圖文】：

第一章 緒 論 課題研究背景和意義伴隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的不斷發(fā)展，無損檢測技術(shù)（Non Destructive Testing）能在件的前提下對結(jié)構(gòu)完整性實施檢測與安全性評估，降低維護成本，如對金屬板、、飛機機翼等結(jié)構(gòu)長期、高效的無損檢測，在航空工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)方到工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注[1-2]。其中超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)（Ultrasonic Guided nology）具有傳播距離遠、傳播過程中衰減小、靈敏度高、效率高、適合于大范優(yōu)點，在平板、管道類結(jié)構(gòu)的損傷檢測中有著廣泛應(yīng)用[3-4]。常規(guī)超聲導(dǎo)波損傷檢測方法往往采用接觸式壓電元件激勵/拾取結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)波信場檢測的空間分辨率受限于換能器陣列的分布尺度，進而影響結(jié)構(gòu)損傷的測試.1 所示為運用密集排布的壓電換能器檢測結(jié)構(gòu)件損傷指標的測試現(xiàn)場，接觸式的受耦合劑影響，影響結(jié)構(gòu)剛度，且陣列排布形式固定，操作不靈活，空間分辨率受

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 波是由結(jié)構(gòu)中的體波受邊界條件的影響而產(chǎn)生的波，如 Rayl。對于平板類結(jié)構(gòu)而言，在薄板的某一位置激發(fā)超聲波，縱波反射并相互耦合發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換，沿板方向傳播一段距離后疊加在薄板內(nèi)傳播時，薄板內(nèi)質(zhì)點的振動特征隨板厚、頻率等參數(shù)的構(gòu)中的傳播模態(tài)主要有對稱模態(tài)（如0S，1S，2S…nS）如圖 0A，1A，2A…nA）如圖 2.2(b)所示。Lamb 波不同模態(tài)具有不由頻厚積（頻率與板厚的乘積）決定。

質(zhì)點振動圖（a）對稱模態(tài)（Sn） （b）反對2 Lamb waves (a)Symmetric mode (b)Antisymmetr下，無限大各向同性板狀結(jié)構(gòu)中，如圖 2.3 222uu ut 密度， 為哈密頓微分算子。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2789111