Lamb波在薄铝板无损评价中的模态识别与应用

在厚度为0．7mm的铝板上制作直径为Ф0．6～1．8mm的通孔,以模拟薄铝板中的孔洞类缺陷。利用Matlab软件绘制了Lamb波的频散曲线和质点位移一幅度曲线。根据频散曲线和质点位移一幅度曲线,选择S0模态的Lamb波。试验结果表明,S0模态Lamb波的信号峰值与缺陷大小具有良好的对应关系。     

基于检测信号的导波频散曲线获取方法

频散曲线是导波检测的重要依据,现有方法通过数值计算获得特定波导的频散曲线,然而目前有非常多的波导构件,由于结构的复杂性无法计算其频散曲线。研究了通过导波检测信号实现频散曲线获取的方法。基于检测信号的时频分析结果,利用信号的能量最大值实现频散曲线的手动和自动获取。利用上述方法对钢棒、钢管等规则构件的检测信号实现特定模态频散曲线的获取,结果与数值求解的理论频散曲线符合得很好,验证了该方法的正确性。利用该方法得到了预应力钢绞线这一非规则结构波导的特定模态频散曲线。     

管中导波的频散计算和缺陷检测

航空结构中不易拆卸的小口径管路和石油输油管道都需要一种高效快捷的损伤检测手段,研究了基于压电传感器的导波技术对中小口径管结构损伤的检测方法。借助Matlab软件求解频散方程,绘制频散曲线,根据频散曲线分析最佳激励频率及最佳导波模态,进一步得到检测信号的激励方法。结合数据处理及损伤定位方法,给出一套管路损伤的导波检测方法。试验结果表明:使用L(0,2)模态导波有效检测出φ25 mm不锈钢管上φ2 mm通孔,检测距离达70 m,使用T(0,1)模态导波有效检测出石油管道上的腐蚀缺陷。     

基于泄漏瑞利波的等离子喷涂涂层质量评价

采用瑞利波的特性评价了类金刚石涂层的质量.制备了3种试样,无涂层试样,完好试样,缺陷试样.得到了3种试样的瑞利波群速度频散曲线.结果表明,由于无涂层试样的群速度在不同频率下不变,表明该测量结果是可靠的.由化学气相沉积制备的类金刚石涂层的频散曲线表明,涂层对群速度有一定的影响,完好试样的群速度与缺陷试样的群速度随着频率的变化而变化,因此,泄漏瑞利波可以很好地作为评价类金刚石涂层质量的一种无损检测方法.     

基于波结构的Lamb波单一模态激励仿真

在中长距Lamb波检测中,研究单一模态与缺陷的作用极为重要。利用有限元分析软件ANSYS的APDI。进行模块程序设计,按模态波结构的方式在有限元模型上进行位移加栽,得到了单一的S0和A0模态,证明了这种加载方式的正确性和可靠性;对比分析了按激励信号带宽范围内复合频率合成波结构加载和按中心频率点波结构加载得到的波形。结果表明,在波结构变化不大的频段内,通常在频厚积〈2MHz·mm范围内,可以用中心频率点的波结构来代替带宽范围内合成的波结构进行加载。     

一种基于导波技术检测锚杆长度及缺陷的新方法

分析了自由钢杆与置于土壤中钢杆的频散曲线,并利用所建立的试验系统,采用导波技术,对上述两种锚杆的长度进行了检测。结果表明,频散曲线可以作为导波检测的理论指导,利用频散曲线选择合适的频率范围,通过激励纵向轴对称L(0,1)模态的导波可有效地检测锚杆长度;与置于空气中锚杆相比,置于土壤中锚杆的端面回波的信号幅度有所衰减,并且利用L(0,1)模态实现了对埋于土壤中锚杆缺陷的检测。     

飞机关键部件结冰的超声导波探测

提出了一种利用超声导波优选模态探测结冰的方法,以冰-铝板双层结构为研究对象,建立半解析有限元(SAFE)模型,得到其导波频散曲线与波结构;从频散曲线中选取若干个模态频率点进行有限元仿真,分析不同模态超声导波对结冰的敏感性,并通过冰-铝板结构结冰探测试验进行验证。结果表明,敏感模态的超声导波能够探测出冰的存在,可探测最小直径为20 mm的结冰区。     

圆管中SH周向导波的频散特性

研究了圆管中的SH周向导波的传播特性。采用柱坐标系,从纳维运动方程开始推导,得到了SH导波沿周向传播、轴向振动的频散方程。以内外半径之比分别为0.3,0.5和0.7为例,通过数值计算得到了硬铝材料圆筒的频散曲线。结果表明其高阶模式比低阶模式频散显著,故在实际检测中宜选用低阶的SH导波。     

复合材料Lamb波检测中S0单模式信号的提取

Lamb波的频散与多模式现象以及复合材料的各向异性限制了复合材料的应用研究。文章以玻璃纤维增强复合材料层合板为研究对象,利用图形法进行Lamb波频散方程求解,由此绘制频散曲线并分析了频散现象,计算了A0,S0的传播速度。搭建了试验系统,基于HHT变换,提取了信号特征并获取了信号的传播速度。结合A0,S0的速度理论值,实现了对Lamb波S0单模式的提取,由此简化了lamb波的使用,使之可广泛应用于复合材料的损伤检测。     

管道低频弯曲模态导波频散曲线的测定

将低频下管道的弯曲振动类比成梁的弯曲振动,采用经典梁理论计算其理论导波频散曲线;通过设置三对等间距布置的加速度传感器,测得振动信号,提取弯曲模态导波频散曲线,结果证明了该方法的有效性,且加速度传感器间的间距越大,效果更好。试验所得的频散曲线与理论频散曲线在低频段拟合较好,高频段有较大偏差,这表明经典梁理论在频率较高时误差较大。     

单层板频散曲线的矩阵表示及Matlab实现

推导出自由单层板频散方程的矩阵表达形式。通过Matlab编程,采用极小值法对该方程进行数值求解,该方法求解简单方便。并通过斜率法从频率相速度点中确定了所有模态,从而求解出相应的群速度频散曲线。     

不锈钢管材中弯曲模态导波试验

使用单探头激励法在管壁中激励弯曲模态的导波,以频散曲线为切入点,研究了弯曲模态导波在不锈钢管材中的传播规律以及对缺陷检测的可行性。根据频散曲线选定F(n,3)及L(0,2)模态,进而确定激励频率和入射角。得到弯曲模态导波可对φ1 mm(含φ1 mm)的通孔进行有效检测的结论。     

道面脱空检测中Rayleigh波频散曲线的提取

瑞利波(Rayleigh波)检测具有无损、快速、经济、方便等特点,目前在地球物探等工程领域应用广泛,如何准确可靠地提取频散曲线是瑞利波勘探和损伤检测的一项关键技术。对道面脱空检测中瑞利波频散曲线的提取进行研究,通过对不同频散曲线提取方法的理论分析,并采用τ-p变换法和f-k变换法对试验数据进行处理,对比了两种方法的处理效果。结果表明:两种方法都可成功获取脱空信号,但在道面脱空检测中,f-k变换法提取频散曲线要优于τ-p变换法,对解决利用瑞利波进行道面脱空检测时的频散曲线的提取问题具有理论和应用价值。     

横波检测粘接界面层多孔隙缺陷的数值分析

建立了粘接界面层多孔隙缺陷微观结构的界面数理模型，推导了横波（SH波）在“三明治”结构传播的频散方程，对最低模式的SH波在带有多孔隙缺陷界面的双层板粘接结构的传播特性进行数值计算分析。结果表明，粘接界面层的厚度及其孔隙缺陷尺寸对导波的频散曲线有明显的影响，这可为粘接界面无损检测提供了新的方法和思路。     

基于超声导波的舰船流体管道无损检测技术可行性研究

分析了导波在流体管道中的传播特性,计算得到了充水管道中导波频散曲线。实验研究了磁致伸缩导波在流体管道缺陷检测中应用的可行性,选择频散效应小的频率对流体管道进行了缺陷检测实验,可从检测信号中准确分析出缺陷信息。     

改进的希尔伯特-黄变换(HHT)在多模式Lamb波检测中的应用

Lamb波的主要特点在于它的多模式和频散,在任一给定的激发频率下,至少存在两种Lamb波模式。各模式的频散特性使Lamb波检测变得非常复杂,所以,Lamb波检测的关键在于缺陷信号特征参数的提取和精确的信号解释。首先采用HHT直接对多模式Lamb波检测信号进行了分析,通过分析,得出了直接对多模式Lamb波信号进行EMD分解来得到信号的瞬时频率和瞬时幅值的方法是不适合的结论。采用改进后的HHT方法进行分析,有效消除了噪声干扰和各模式Lamb波的相互干扰,得到的信号时频集聚性较好,有利于特征参数的提取和进一步分析。针对不同大小和深度的孔型人工缺陷的检测试验,分别提取了信号瞬时幅值的峰值和瞬时频率的均值作为检测信号的特征参数进行线性回归分析,发现采用瞬时幅值的峰值作为孔型缺陷检测的特征参数比采用瞬时频率的均值这一参数要好。同时提出可采用瞬时幅值的峰值回归直线的斜率K来标定特征参数对缺陷孔径变化的敏感性,从而可对未知缺陷的大小进行预判。     

钢丝绳声发射信号传播特性分析

针对钢丝绳断丝缺陷的在役动态监测需要,提出采用COMSOL软件对钢丝绳的声发射检测信号传播特性进行研究。首先建立钢丝绳结构模型,然后模拟不同频率、不同位置的断丝声发射信号在结构中的传播过程,获得不同位置的信号位移场及能量变化,最后根据导波理论,采用模态特征曲线结合小波变换分析不同类型声发射源的特征频率与模态成分。结果表明:声发射信号传播过程中,对于不同频率和激发方向的声发射源,其主要模态成分和特征频率的差异较大,可根据不同位置的时频分析结果,结合理论频散曲线判别声发射源信号的主要模态特征,并确定结构中声发射源的不同振动方向与中心频率。该研究结果可为钢丝绳损伤声发射检测提供理论参考依据。     

Lamb波损伤散射及损伤成像的模拟

Lamb波对称模态（SO模态）具有传播速度快、频散小的优点。基于Ansys瞬态动力学分析,模拟了铝板内SO模态的传播过程,并根据有限元模拟的位移云图,分析了损伤对SO模态传播的影响。在此基础上建立环形传感器阵列,通过损伤成像算法对损伤进行检测。     

蜗卷弹簧缺陷的周向导波检测

以高压断路器开合闸机构的核心部件蜗卷弹簧为研究对象,通过数值计算得到其外圈周向导波频散曲线以及频率和入射角之间的关系,并以此为依据选择能激励特定导波模态的超声导波探头。对蜗卷弹簧在同个横截面、不同周向距离处预置两个轴向缺陷,利用选定模态的导波对该区域和非缺陷区域进行检测,通过端面回波时间和声程确定激励的导波模态,通过缺陷回波时间计算出缺陷和激励探头的距离,实现缺陷的定位。     

尿素合成塔内衬316LMod不锈钢薄板背侧缺陷的Lamb波检测

根据Rayleigh-Lamb方程,推导出尿素合成塔内衬316LMod不锈钢薄板相速度和群速度的频散曲线。通过对包含人工缺陷的试块回波信号进行二维傅里叶变换,提取出了背侧裂纹缺陷的主要Lamb波模式,进而确定了Lamb波检测参数。通过对试块的缺陷识别,绘制出了缺陷当量评定图,实现了对背侧裂纹缺陷的Lamb检测的定量评定。最后通过尿素合成塔检测实例验证了该方法的有效性。