發(fā)布時間：2017-08-02 20:02

  本文關鍵詞：丁羥襯層固化狀態(tài)非線性超聲監(jiān)測方法研究

  更多相關文章： 丁羥襯層 固化狀態(tài) 超聲監(jiān)測 非線性超聲

【摘要】：丁羥襯層作為固體火箭發(fā)動機燃燒室內(nèi)粘接殼體（或絕熱層）和推進劑的彈性材料，起保護發(fā)動機的重要作用。實時監(jiān)測丁羥襯層的固化過程，判定襯層“半固化狀態(tài)”，指導固體火箭發(fā)動機裝藥時間對于提高固體火箭發(fā)動機質(zhì)量具有重要意義。本文研究丁羥襯層固化過程非線性超聲波實時監(jiān)測技術，提出了基于脈沖反射法的非線性超聲監(jiān)測方案，，設計了適用于中溫環(huán)境、可以激發(fā)高能量非線性諧波、獲得高能量超聲回波的超聲波監(jiān)測系統(tǒng)，研究了利用非線性超聲特征參數(shù)表征丁羥襯層固化狀態(tài)的方法和相關信號處理技術。 本文的主要研究內(nèi)容包括： （1）具體介紹了丁羥襯層的固化反應機理和固化工藝，通過研究非線性波動方程，分析了非線性系數(shù)的物理意義和相關參數(shù)，提出了采用非線性系數(shù)表征丁羥襯層不同固化狀態(tài)的非線性超聲監(jiān)測方法，為非線性超聲監(jiān)測系統(tǒng)的設計提供了理論指導。 （2）針對固化溫度對普通超聲探頭的影響，設計了基于緩沖桿結構的適用于丁羥襯層中溫固化環(huán)境實時監(jiān)測的超聲波傳感器。針對緩沖桿超聲回波包含尾隨波影響特征信號提取的問題，采用波導理論分析了超聲波在桿中傳播時的邊界反射、波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，推導了尾隨信號的間隔與桿直徑和聲速的數(shù)學關系，并通過試驗分析了桿規(guī)格、材料對特征回波信號、尾隨波的影響，結果表明大直徑的PEEK材料不僅尾隨波幅值較小、間隔較大，而且特征回波信號幅值較大；利用有限差分法對PEEK緩沖桿內(nèi)熱傳導過程進行仿真計算，得出了滿足丁羥襯層80℃固化溫度的PEEK緩沖桿長度。 （3）通過理論和試驗分析了影響非線性諧波幅值的相關參數(shù)，得出了只有激勵脈沖幅度、寬度增大到一定程度，才能在襯層中激勵明顯的非線性諧波信號，而且脈沖幅度越大，脈沖越寬，非線性諧波幅值越大；同時計算和試驗研究了避免超聲回波時域信號混疊的最佳激勵脈沖寬度，解決了如何激發(fā)材料高能量非線性諧波信號問題，為獲取高能量諧波幅值準確表征非線性系數(shù)奠定了基礎。 （4）根據(jù)非線性超聲回波信號包含噪聲影響聲學特征信號提取的特點，建立了包含諧波和白噪聲的非線性超聲回波信號模型，從信號信噪比和諧波幅值誤差兩個方面研究了不同母小波、閾值函數(shù)、閾值選取方式對小波閾值降噪效果的影響，并通過優(yōu)化閾值選取方式和改進閾值函數(shù)，大大提高了信噪比、減小了諧波幅值誤差，解決了在有效保留非線性諧波信號的情況下達到良好降噪效果的難題，探索了非線性超聲回波信號降噪方法。 （5）針對常用窗函數(shù)非周期截斷提取非線性超聲回波中基波、諧波特征信號時頻譜泄露嚴重和特征提取誤差較大的問題，通過分析不同窗函數(shù)非周期截斷對非線性超聲回波頻譜分析的影響，采用卷積漢寧窗函數(shù)方法進行非周期截斷頻譜分析，同時結合雙峰譜線插值算法對基波和諧波幅值進行修正，達到了減小頻譜泄露、準確提取基波和諧波幅值的目的。 （6）根據(jù)基于脈沖反射法的非線性聲學原理，針對丁羥襯層非線性系數(shù)受緩沖桿非線性及界面反射、透射系數(shù)不斷變化影響的問題，推導了緩沖桿和丁羥襯層的非線性基波、諧波幅值方程，提出了包含緩沖桿非線性的襯層非線性系數(shù)表征方法，去除了緩沖桿非線性特性的影響；并設計研制了丁羥襯層固化過程非線性超聲實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過試驗提取厚度、聲速、基波幅值、諧波幅值等相關參數(shù)計算得到了襯層中的非線性系數(shù)隨固化時間的變化規(guī)律，并通過與紅外光譜監(jiān)測的固化度對比分析，試驗驗證了非線性系數(shù)表征丁羥襯層固化狀態(tài)的可行性和有效性。 論文所做工作，對超聲波實時監(jiān)測技術在中溫環(huán)境下的應用、非線性超聲監(jiān)測技術和非線性超聲回波信號處理方法在新領域的應用以及襯層固化過程實時監(jiān)測和“半固化狀態(tài)”判定都具有重要理論意義和實用價值。
【關鍵詞】：丁羥襯層 固化狀態(tài) 超聲監(jiān)測 非線性超聲
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V435
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 選題背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 固化反應過程常用監(jiān)測方法14-17
• 1.2.2 線性超聲檢測技術研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 非線性超聲檢測技術研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 論文結構及安排20-24
• 第二章 非線性聲學基本原理及聲學特征參數(shù)24-38
• 2.1 丁羥襯層固化反應機理24-27
• 2.2 線性聲學基本方程27-30
• 2.2.1 線性波動方程基本假定27-28
• 2.2.2 線性波動方程28-29
• 2.2.3 線性聲學特征參數(shù)29-30
• 2.3 非線性聲學基本方程30-37
• 2.3.1 非線性波動方程30-31
• 2.3.2 一維非線性波動方程求解31-33
• 2.3.3 波形畸變與諧波滋生33-35
• 2.3.4 非線性聲學特征參數(shù)及物理意義35-37
• 2.4 本章小結37-38
• 第三章 丁羥襯層固化狀態(tài)非線性超聲表征方法研究38-72
• 3.1 非線性超聲監(jiān)測系統(tǒng)和關鍵問題38-43
• 3.1.1 超聲波傳感器設計方案39-41
• 3.1.2 非線性超聲監(jiān)測系統(tǒng)41-42
• 3.1.3 實現(xiàn)非線性超聲監(jiān)測的關鍵問題42-43
• 3.2 超聲緩沖桿研究43-55
• 3.2.1 緩沖桿材料及規(guī)格對特征回波信號的影響43-51
• 3.2.2 適用于襯層中溫固化環(huán)境的緩沖桿長度研究51-53
• 3.2.3 超聲傳感器穩(wěn)定性分析53-55
• 3.3 高能量非線性諧波激勵方法研究55-63
• 3.3.1 激勵脈沖信號寬度對非線性諧波的影響56-60
• 3.3.2 激勵脈沖信號幅度對非線性諧波的影響60-63
• 3.4 基于緩沖桿結構的襯層非線性系數(shù)表征方法63-69
• 3.4.1 丁羥襯層非線性回波特性分析63
• 3.4.2 丁羥襯層非線性系數(shù)表征方法研究63-69
• 3.5 本章小結69-72
• 第四章 非線性超聲回波降噪和特征提取方法研究72-116
• 4.1 非線性超聲小波閾值降噪優(yōu)化方法研究72-95
• 4.1.1 小波分析基本理論73-78
• 4.1.2 包含噪聲的非線性超聲回波模型和評價標準78-81
• 4.1.3 最佳母小波和分解層數(shù)研究81-86
• 4.1.4 小波閾值函數(shù)優(yōu)化方法研究86-95
• 4.2 基波、諧波幅值特征參數(shù)提取方法研究95-115
• 4.2.1 窗函數(shù)非周期截斷對非線性特征提取的影響96-108
• 4.2.2 基于二階卷積窗非周期截斷及雙峰插值算法的非線性特征提取方法108-115
• 4.3 本章小結115-116
• 第五章 丁羥襯層固化過程非線性超聲實時監(jiān)測116-138
• 5.1 非線性超聲監(jiān)測系統(tǒng)116-117
• 5.2 襯層非線性系數(shù)相關參數(shù)監(jiān)測方法117-119
• 5.3 襯層非線性系數(shù)相關參數(shù)隨固化時間變化規(guī)律119-131
• 5.3.1 超聲回波小波閾值降噪120-122
• 5.3.2 襯層厚度變化規(guī)律122-123
• 5.3.3 襯層縱波聲速變化規(guī)律123-125
• 5.3.4 聲衰減系數(shù)變化規(guī)律125-127
• 5.3.5 緩沖桿端面回波基波及三次諧波幅值變化規(guī)律127-129
• 5.3.6 丁羥襯層上界面反射基波及諧波幅值變化規(guī)律129-131
• 5.4 丁羥襯層非線性系數(shù)表征固化狀態(tài)131-136
• 5.4.1 丁羥襯層非線性系數(shù)有效性分析132-135
• 5.4.2 丁羥襯層非線性系數(shù)與固化狀態(tài)的關系135-136
• 5.5 本章小結136-138
• 第六章 結論與展望138-142
• 6.1 論文所做的工作138-140
• 6.2 本論文的創(chuàng)新點140
• 6.3 本論文待解決的問題140-142
• 參考文獻142-152
• 攻讀博士學位期間所取得的研究成果152-153
• 致謝153-154

【參考文獻】

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本文編號：610967