基于脉冲涡流技术的柔性平面差分探头设计北大核心CSCD

针对涡流探头对导电材料的表面和内部裂纹检测能力的不足,基于脉冲涡流检测技术设计了柔性平面差分探头,结合脉冲涡流检测的宽频谱和柔性平面差分线圈高信噪比的特点,可以在较大提离下检测表面缺陷以及检测更大埋深的内部缺陷。对铝试件表面及内部缺陷检测进行了仿真与试验研究。仿真结果表明柔性平面探头产生的涡流能够有效渗透至试件底部,缺陷造成的涡流扰动产生时间随缺陷深度增加而增大。检测信号的电压峰值大小与峰值时间仍可用于识别缺陷深度,时间剖面曲线的正负相反峰波形信号特征可用于识别裂纹。实验结果表明柔性平面探头能够检测8.55 mm提离下的表面裂纹以及无提离下埋深4.8 mm的内部裂纹。同时,检测电压信号峰值对不同试件的裂纹深度进行定量,仿真与试验结果一致。     

电磁超声横波检测钢板减薄缺陷的有限元分析

电磁超声换能器(EMAT)在试件中激发的横波(剪切波)能够应用于试件厚度和内部缺陷检测,为了研究电磁超声激发横波的机理,采用有限元分析的方法,对其进行仿真分析。通过建立EMAT三维模型,进行电磁学耦合计算,获得被测试件表面磁场、涡流、洛伦兹力的分布规律,显示了EMAT激发横波的机理过程,为电磁超声换能器的设计提供参考;通过电磁学与动力学的耦合计算,获得横波在试件厚度方向的传播规律,结果表明,横波在试件中沿厚度方向传播,并且能量呈衰减趋势;对含缺陷钢板进行结构动力学分析,发现当波传播遇到缺陷时波动发生明显的改变和衰减,得出EMAT激发的横波可用以检测试件底面减薄缺陷,并通过试验验证提出横波检测缺陷时定量缺陷深度的方法。     

混凝土柱内部缺陷的红外热成像无损检测

以含有缺陷的混凝土结构试件为研究对象,运用传热学理论,对热流在试件内部的传递过程进行了仿真分析,获得了试件表面的温度信号.结果表明,缺陷处与完好材料处对应试件表面温度存在着明显差异,红外热成像无损检测技术可用于实现对混凝土内部缺陷的检测.     

基于激光超声体波的轨头内部缺陷检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、宽带宽和高分辨率的特点,针对常规超声对钢轨轨头内部核伤微小缺陷不敏感、定位定量检测难的问题,本文基于激光超声体波散射和衍射原理,提出了模态转换反射波和衍射波飞行时间的缺陷定位定量检测计算模型。通过COMSOL仿真建立了超声体波与内部缺陷相互作用的二维有限元模型,分析了钢轨内部缺陷处超声体波波模式转换状态,验证了定位及定量方法的可行性。其次,搭建了固定扫查激光超声实验检测系统,对不同埋藏深度和不同直径的孔缺陷进行B扫实验。实验结果表明,激光超声检测技术能有效的检测钢轨内部微小孔缺陷,基于所提出的计算模型和检测方法,对钢轨内部缺陷检测的定位相对误差在6%之内,定量相对误差在9%之内。     

胶层缺陷对胶接-拉铆搭接剪切接头力学性能影响研究

近年来胶接-拉铆技术在载运工具和航空航天等领域得到了广泛应用,而大型结构连接部件的制备过程会不可避免地在胶层内部产生局部缺陷,进而影响接头服役性能。以胶接-拉铆单/双搭接接头为研究对象,通过在胶层区域设置不同形式的人工缺陷,模拟胶层制备过程中产生的胶层内部缺陷,研究其对胶铆接头搭接剪切力学性能的影响规律。以6061-T6铝合金为基底制备胶接-拉铆接头试件,考虑单、双搭接试件形式,胶层内部预先放置不同厚度、面积、形状、位置的聚四氟乙烯缺陷片,对固化后的接头进行准静态拉伸破坏试验,并采用宏观观测和扫描电镜分析胶层失效表面宏观和微观样貌,从而对胶层内部缺陷对其失效模式影响机理进行评价。试验结果表明,接头主要失效模式为内聚失效,胶层中缺陷的位置、面积、厚度会对接头失效载荷以及失效强度产生不同程度影响,而缺陷的形状对接头力学性能影响不大。无缺陷的双搭接试件胶层失效载荷是单搭接试件1.62倍,单搭接试件胶层失效强度是双搭接试件1.24倍。有圆形缺陷的双搭接试件失效载荷是单搭接试件2倍,而失效强度没有受较大影响。基于现有试验结果,可以为实际结构设计中含胶层缺陷胶铆复合接头失效强度提供有效评估方法。     

红外锁相法热波检测技术及缺陷深度测量

研究了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。建立了二维热传导有限差分模型,采用该模型计算了强度按正弦规律变化的热流引起试件表面温度变化的历程,基于锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的准稳态温度变化,并计算了二者的相位差。然后,建立了热波在试件中传导的热-电等效模型,利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究,得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系。最后,采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际焊接构件进行了无损检测试验。结果显示,有限差分模型和热-电等效模型计算有缺陷与无缺陷处的相位差与试验结果基本一致,偏差5%,表明采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确地获得缺陷大小、位置等,该技术也适用于有复杂曲面结构的构件。     

基于激光超声的电弧增材制件内部缺陷深度检测

针对增材制件表面质量差、内部缺陷在线检测困难的问题,开展激光超声对电弧增材制造试块内部缺陷检测的研究。为保证缺陷检测结果的准确性,采用缺陷反射法与激发源、接收源同步移动检测方式。对比理论计算、仿真分析、实验结果,确定传播路径和检测波形,在A扫中得到缺陷反射波幅值,在B扫中得到缺陷反射波成像,根据幅值大小和成像结果,准确探测出10 mm深度内直径为1 mm的内部缺陷,得到缺陷深度影响规律。研究结果为增材制造在线检测提供了参考。     

活塞波声源缺陷定量式

本文在扼要地推出各种规则几何形状缺陷在远声场中的定量式的基础上,考虑了脉冲波的频率分布对缺陷界限大小取值的影响,讨论了运用一个缺陷界限大小的方便性和可能性。在此基础上将远声场中缺陷一般定量式简化成一些简单的缺陷定量式,通过远近声场中缺陷定量式的关系,将远声场中的简化式修改成活塞波源定量式,并引入简单缺陷的平均指向单数,使各种规则形状缺陷在声程大于 No 的范围内部都能用较精确的公式予以计算。并通过钢中的横孔试验予以验证。     

涡流热成像裂纹检测中的形状大小影响分析

涡流热成像无损检测技术可以对金属表面裂纹进行快速、准确的检测,但是不同的线圈、试件以及裂纹大小对检测效果影响很大。通过建立感应加热二维模型,选取裂纹处与非缺陷处温差作为特征量,对不同组成部分形状大小对涡流热成像检测的影响规律进行了数值模拟;对比分析了不同裂纹深度下温差随体积深度比的变化规律,采用数据拟合方法研究了相似裂纹检测规律,并提取出试件形状以及线圈形状对检测效果的影响曲线;最后进行了涡流热成像试验验证。结果表明:当裂纹深度较大时,体积深度比影响规律可分为上升阶段、平稳阶段和下降阶段;相似裂纹间温差变化符合二次变化规律;涡流热成像技术可有效检测超大或超厚试件表面裂纹;减小线圈提离、曲率和线径的大小有助于增强检测效果。实际检测过程中,可据此针对不同被检试件采用不同线圈,提高检测能力。     

增材制件内部缺陷埋藏深度的激光超声定量检测

针对增材制件内部缺陷检测,提出一种内部缺陷埋藏深度的定量检测方法.对用激光超声无损检测技术接收到的信号采用小波包分解技术进行分离并提取信号中的超声纵波,解决了超声表面波和纵波耦合影响时域特征提取的问题.根据检测过程中经过缺陷的纵波声程的变化,实现了精锻试块内部缺陷埋藏深度的定量检测,检测结果的相对误差为1.81％.在原...     

基于多普勒参数的材料内部缺陷合成孔径超声成像

材料内部缺陷的形状、大小等信息是材料无损检测与评估的重要参数,传统的超声无损检测技术可以得到材料内部缺陷的当量信息,但缺少缺陷的量化信息及可视化信息,严重制约了超声无损检测技术在缺陷评估中的应用。本文结合合成孔径超声成像技术,采用多普勒算法及图像边缘检测技术,对材料内部缺陷进行了成像,通过对三类不同尺寸的人工缺陷进行合成孔径成像表明,该项技术提高了图像形状分辨率,得到了清晰的缺陷轮廓可视化信息,可为超声无损检测的定量分析与评估提供参考。     

Internal defect detection using laser-generated longitudinal waves in ablation regime

Laser ultrasonics could be an attractive solution for the nondestructive testing of structures in harsh environments. Longitudinal waves generated in the ablation regime are especially well suited to internal defect detection because they provide a higher signal-to-noise ratio in comparison to ultrasonic waves generated under a thermo-elastic regime, while their propagation direction normal to the surface enables the simplified interpretation processing of received signals when the defect echoes are analyzed. The internal defect detection using laser-generated longitudinal waves in the ablation regime was investigated numerically and experimentally, and a numerical model to simulate the generation and propagation of ultrasonic waves in the ablation regime was developed. This model was based on the simulation of ultrasonic generation and propagation caused by the net reaction force that was directly converted from the laser intensity absorbed onto the surface. This model was also extended as a model for internal defect detection. A steel specimen containing artificial internal defects was fabricated and inspected by using the through-transmission (T-scan) and pulse-echo (B-scan) modes. Clear amplitude reduction was observed in the transmitted waves at the defect positions in T-scan images, while B-scan images clearly showed the defect echoes arriving at different times depending on the depth location of internal defects. These results demonstrate that longitudinal waves excited in the ablation regime can be effectively used for internal defect detection.     

Quantification of defects depth in glass fiber reinforced plastic plate by infrared lock-in thermography

The increasing use of composite materials in various industries has evidenced the need for development of more effective nondestructive evaluation methodologies in order to reduce rejected parts and to optimize production cost. Infrared thermography is a noncontact, fast and reliable non-destructive evaluation technique that has received vast and growing attention for diagnostic and monitoring in the recent years. This paper describes the quantitative analysis of artificial defects in Glass fiber reinforced plastic plate by using Lockin infrared thermography. The experimental analysis was performed at several excitation frequencies to investigate the sample ranging from 2.946 Hz down to 0.019 Hz and the effects of each excitation frequency on defect detachability. The four point method was used in post processing of every pixel of thermal images using the MATLAB programming language. The relationship between the phase contrast with defects depth and area was examined. Finally, phase contrast method was used to calculate the defects depth considering the thermal diffusivity of the material being inspected and the excitation frequency for which the defect becomes visible. The obtained results demonstrated the effectiveness of Lock-in infrared thermography as a powerful measurement technique for the inspection of Glass fiber reinforced plastic structures.     

基于正交试验和神经网络的液压杆稳定性研究

以Euler公式为基础,发现动力猫道液压杆的稳定性与其缺陷的形状、面积、深度及位置有关。通过对液压杆屈曲载荷的模拟计算,运用正交试验法分析缺陷的形状、面积、深度及位置对液压杆屈曲载荷的影响。研究结果表明:缺陷的面积、位置和深度对液压杆稳定性具有显著影响,其发生不显著情况的概率分别为0.007, 0.021, 0.008;缺陷的形状对液压杆稳定性影响显著性相对较小,其发生不显著情况的概率为0.123;对液压杆稳定性影响大小次序依次为缺陷面积>缺陷深度>缺陷位置>缺陷形状。正交试验建立的神经网络预测模型经实验验证,对含缺陷液压杆屈曲载荷预测具有很高的准确度,此方法可为含缺陷液压杆的稳定性校核及安全使用提供有力的技术保障。     

基于脉冲位相的红外热波无损检测测厚方法研究

为进一步实现红外热波无损检测中缺陷深度测量,提出基于脉冲位相分析的数据处理方法。对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅立叶变换（FFT）,提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测。以热传导较快的铝材料为例,对自行设计深度不同的平底洞缺陷给出此方法的实验结果,通过Matlab中FFT分析得到的不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线及VC++中得到的位相序列热图,实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度关系与实验计算深度存在d≈1.98μ 的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法。     

导电材料缺陷的涡流成像检测技术研究

针对目前涡流无损检测尚存在检测精度低、反演识别难的问题,利用理论仿真分析,设计了励磁均匀性较好的励磁线圈和阵列隧道磁阻(TMR)传感器探头,基于阵列探头提出了等空间间隔插值成像缺陷检测方法,搭建试验系统,并进行缺陷检测试验。结果表明,提出的方法可有效地避免探头速度对成像结果的影响,从而实现不同形状尺寸缺陷的轮廓成像检测,为后续导电材料缺陷的涡流智能检测提供支持。     

基于SVD算法的红外热波无损检测方法研究

针对采用红外热波无损检测技术对材料缺陷进行特征提取的技术空白,提出了一种新的基于奇异值分解(SVD)的红外序列图像特征提取方法。研究表明对重构的缺陷相空间矩阵进行奇异值分解,其空间与时间基向量包含了缺陷静态空间与动态热量变化的特征信息。在缺陷代数特征的基础上,提取具有时空信息的特征值构造缺陷特征向量。实验分析表明,通过对热障涂层缺陷进行特征提取,在运用RBF神经网络进行缺陷的分类验证中取得了较好的效果。     

无缝钢管斜轧穿孔顶头表面缺陷非接触在线检测方法

针对无缝钢管斜轧穿孔顶头表面缺陷在线检测的现实需求，提出了一种基于激光扫描、空间点云数据处理及深度学习的非接触测量方法。根据无缝钢管产线特点确定了检测位置、系统构成和顶头轮廓数据采集方案，并引入迭代最近点（ICP）配准方法，实现了测量点云与标准CAD模型的配准。针对头部缺陷设计了相应的分类数集和渐变形态，使用点云深度学习方法实现了缺陷精确分类和量化预警。针对表面磨损缺陷，设置磨损深度上限阈值以实现磨损程度的精确监测。为验证系统可靠性，搭建了顶头检测物理模拟平台，并利用3D打印技术定制了含有不同缺陷特征的顶头实物模型。测试结果表明，表面轮廓检测误差在0.06 mm以内，头部缺陷分类精度可达97.7%、准确度可达98.1%，满足在线检测要求。