本文關(guān)鍵詞：基于非線性聲學(xué)的鋁材疲勞裂紋檢測方法研究與實驗

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【摘要】：金屬疲勞是金屬結(jié)構(gòu)失效的主要原因。由于鋁合金板材廣泛應(yīng)用于飛機以及航空航天器材的結(jié)構(gòu)當中,一旦失效,必然會造成巨大的損失,甚至是人員傷亡。本文以非線性聲學(xué)原理為基礎(chǔ),將光學(xué)領(lǐng)域引申而來的聲學(xué)時間反轉(zhuǎn)法應(yīng)用到聲波信號的處理中,對鋁合金板材中疲勞裂紋的特性進行了細致的研究。對固體介質(zhì)中非線性超聲波動方程進行了分析,證明了可以通過固體非線性系數(shù)?來表征金屬材料的疲勞程度。分析了時間反轉(zhuǎn)技術(shù)的原理,對時間反轉(zhuǎn)法的理論表達式進行了推導(dǎo),介紹了時間反轉(zhuǎn)法在疲勞裂紋檢測中的應(yīng)用。構(gòu)建了一個以圓形壓電傳感器(PZT)為核心的疲勞裂紋檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)由任意波形發(fā)生器、信號發(fā)射PZT、待測2024航空鋁合金板、信號接收PZT、數(shù)字存儲示波器、激光測振儀和計算機數(shù)據(jù)采集、分析軟件組成。選取50kHz到1MHz之間的頻率進行實驗,含有疲勞裂紋的樣板中有二次諧波出現(xiàn),但二次諧波的幅度較小,表明用非線性系數(shù)?來表征介質(zhì)損傷程度并不理想。利用時間反轉(zhuǎn)原理的優(yōu)越性可提高信噪比和自適應(yīng)聚焦,可有效解決超聲波在介質(zhì)傳播中衰減的問題。通過對鋁合金板材自聚焦特性的研究,確定猝發(fā)蘭姆波為時間反轉(zhuǎn)過程的激勵波型。通過對鋁合金板材進行單陣元與多陣元聲波時間反轉(zhuǎn)的自聚焦實驗研究,證明時間反轉(zhuǎn)法可提高聲波信號的信噪比,并產(chǎn)生良好的聚焦增益。此外,對含有不同疲勞裂紋的鋁合金板材進行聲波自聚焦實驗,證明鋁板中疲勞裂紋的大小對聲波自聚焦的峰值幅度影響不大,當鋁板中出現(xiàn)宏觀裂紋時,時域波形聚焦峰值區(qū)域出現(xiàn)等幅方波,在其相對應(yīng)頻譜中,出現(xiàn)新的頻率成分即三次諧波。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金 疲勞裂紋 超聲檢測 非線性聲學(xué) 時間反轉(zhuǎn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V252.2;V250.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的來源及意義10-11
• 1.2 金屬疲勞裂紋檢測方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 機器視覺檢測法12-13
• 1.2.2 電磁聲發(fā)射檢測技術(shù)13
• 1.2.3 非線性超聲檢測法13-14
• 1.2.4 金屬疲勞裂紋檢測的其它方法14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 非線性聲學(xué)和時間反轉(zhuǎn)法分析16-24
• 2.1 非線性聲學(xué)16-18
• 2.1.1 非線性參數(shù)的理論分析16-17
• 2.1.2 金屬疲勞裂紋的非線性聲學(xué)特征17-18
• 2.2 時間反轉(zhuǎn)法18-23
• 2.2.1 時間反轉(zhuǎn)技術(shù)的基本理論19-21
• 2.2.2 非線性時間反轉(zhuǎn)法在金屬疲勞裂紋檢測中的應(yīng)用21-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 鋁合金板材非線性聲學(xué)特性研究24-36
• 3.1 實驗系統(tǒng)構(gòu)成24-25
• 3.2 壓電元件工作原理25-26
• 3.3 非線性聲學(xué)實驗26-35
• 3.3.1 理論基礎(chǔ)26
• 3.3.2 實驗方案26-27
• 3.3.3 實驗結(jié)果分析27-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 鋁合金板材疲勞裂紋的檢測36-54
• 4.1 波型對自聚焦特性的影響36-39
• 4.2 單通道時間反轉(zhuǎn)原理及實現(xiàn)39-42
• 4.2.1 理論基礎(chǔ)39-40
• 4.2.2 實驗方案40
• 4.2.3 實驗結(jié)果分析40-42
• 4.3 多通道時間反轉(zhuǎn)原理及實現(xiàn)42-46
• 4.3.1 理論基礎(chǔ)42-43
• 4.3.2 實驗方案43
• 4.3.3 實驗結(jié)果分析43-46
• 4.4 疲勞裂紋的聲波自聚焦檢測46-52
• 4.4.1 實驗方案46-47
• 4.4.2 實驗結(jié)果分析47-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59-60
• 致謝60

【參考文獻】

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本文編號：890139