板中Lamb波激励响应计算方法

采用基于半解析有限元的激励响应计算方法来求解薄板中Lamb波的激励响应结果,替代常规的实验方法,实现对薄板中Lamb波传播特性的仿真分析。与三维有限元仿真方法相比,采用激励响应计算方法仿真导波在波导介质中的传播过程可以节省计算量,提高效率。通过求解薄板中Lamb波的一般均质方程,基于频谱叠加原理,可以计算薄板中Lamb波激励响应结果。分别提取激励响应计算结果和实验测量数据,通过小波分析计算两种数据的Lamb波群速度。经验证,激励响应仿真计算结果与实验数据有很好的一致性,通过群速度频散曲线对比两种方法获取的数据,模态分析结论一致。激励响应计算方法还可以仿真计算任意截面波导介质中导波的传播过程,具有较好的通用性。     

主动Lamb波合成波阵面损伤成像监测方法

对基于压电阵列的主动Lamb波结构健康监测技术进行了研究.分析了主动Lamb波损伤监测过程中损伤散射信号的特点,在已有研究成果基础上,研究提出合成波阵面损伤成像方法.利用压电阵列合成激励波阵面实现对Lamb波损伤散射信号的相干增强,给出了基本原理和实现技术;结合时间反转理论,给出了基于合成波阵面激励的损伤成像监测方法;在复合材料板结构上进行了实验研究,并与传统的单一压电片激励方法进行了分析和对比,实验结果表明,合成波阵面损伤成像监测方法能够有效提高Lamb波损伤散射信号的能量和监测的质量,增强抗干扰能力,同时对该方法存在的问题和解决办法进行了简单分析.     

水平剪切声板波的液体黏度传感研究

黏度是液体的特征参数之一,在很多应用场合,需要对液体黏度进行测量。以黏性液体为研究对象,通过在液体的弹性张量中加上虚部引入液体黏度,并根据层状介质中声波的传播特性建立了负载黏性液体的水平剪切声板波理论模型。以压电陶瓷PZT-5H为基片材料,通过数值计算和实验分析,表明了水平剪切声板波在一定程度上用于液体黏度传感的有效性,为声板波液体黏度传感器的进一步研究提供了理论指导和应用依据。     

基于Lamb波频散特性的垢层厚度的检测方法

对于工业用锅炉附着污垢厚度的检测问题,提出一种基于Lamb波在双层介质中传播的频散特点对污垢厚度检测的方法.首先建立Lamb波的波动模型以及"铝板—污垢层"模型,利用数学手段求解Lamb波在双层介质中传播的特征方程,从而得出Lamb波传播的频散规律曲线,接着激发Lamb波A0模态下的超声波,并采集其传播特性,基于上述条...     

金属结构裂纹损伤Lamb波定量化成像方法

引入环形压电阵列及主动Lamb波损伤概率检测成像算法（reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage,简称RAPID）监测技术对金属结构裂纹损伤的定量监测进行研究。基于裂纹损伤对响应信号直达波的作用机理,根据裂纹损伤对交叉监测路径下的响应信号变化差异性,提出十字交叉扫描方法判定裂纹方向,进而对平行或近似平行裂纹的监测路径的损伤差异性系数（signal difference coefficient,简称SDC）值进行校正,强化了裂纹方向的重构信息,完成了裂纹损伤的图像重构和定量化评估。针对不同位置及方向裂纹的监测和成像,在铝板上进行了实验验证。结果表明,提出的十字交叉扫描方法以及改进RAPID成像方法较好地识别了裂纹方向,能够定量显示裂纹长度。     

基于ANSYS的声表面波器件仿真研究

随着声表面波器件的发展,器件的制作也越来越复杂,随之就更好的性能和模型的预测也提出了越来越多的要求。用ANSYS完成了声表面波器件的模拟与仿真,并与具体的试验结果进行了比较,结果比较吻合。     

Lamb波与缺陷相互作用的散射特性研究

结构健康监测和无损检测目的是缺陷的识别和定位分析。对于超声导波缺陷检测,关键是要探讨导波与缺陷之间相互作用时的散射特性。利用边界元和模态扩展相结合的方法(BEM-NEMT),本文探讨Lamb波与不同类型缺陷间相互作用的散射特性。在此基础上,详细讨论了分析模型缺陷的尺寸和锐度、不同激发频率和入射模态、缺陷的几何对称性等对Lamb波散射特性的影响,分析结果可为各零部件(如内燃机)缺陷的识别、检测模态和频率的选取提供依据,降低研制周期和成本,从而提高产品性能、功能得到一定的价值效果。     

基于Lamb波时间反转法的复合材料损伤检测

为检测复合材料损伤,利用Lamb波时间反转法的聚焦特性,在复合材料布置压电传感器激励和接收Lamb波.时间反转法无需对比基准信号就能快速准确地实现损伤的判别,提出的改进损伤成像方法可实现损伤情况可视化.实验研究验证了检测方法的有效性和改进损伤成像方法的优越性.     

Lamb波压差式微流量传感器的研究

为提高微小流量检测的灵敏度,增大其动态范围,实现温度补偿,提出了一种基于Lamb波的压差式微流量传感器。此传感器主要由两个Lamb波传感器,中间以微通道相连接构成。流体流动时,利用Lamb波薄膜内应力的敏感特性,采用频率计量的方式间接测量微通道两端的压力差,并结合微通道的几何尺寸以及流动特性,利用流体仿真软件Fluent进行仿真获得流量。本文对长20mm,宽1mm,高50μm的微通道进行了微流量测试的相关实验。实验结果表明：在流量测试范围内,微通道两端的频率差与流量基本呈线性变化,其线性相关系数为0.9999;在微流量传感器没进行优化的前提下,其最小检测量为0.627μL/s。     

基于编码压缩的钢板电磁超声 Lamb 波检测方法研究

针对大型金属板材构件导波检测中EMAT分辨率低、SNR差,难以用于小裂纹检测等难题,建立了基于Barker码脉冲压缩技术的Lamb波EMAT检测过程多物理场有限元模型,以含预制裂纹的5.6 mm厚钢板为检测对象,仿真和实验相结合,研究了永磁体宽度和高度、曲折线圈匝数、Barker码序列长度和码元长度等参数对EMAT检测回波的影响,验证了脉冲压缩技术在Lamb波EMAT检测中的有益效果。结果表明,基于脉冲压缩技术的EMAT经优化后,SNR比传统tone-burst激励方式高出了9.69 dB,可检出10 mm长和0.5 mm深的小裂纹,缺陷波SNR为23.47 dB。当Barker码码元中心频率为1 MHz时,脉冲压缩后的Lamb波包发生模态分离,但A₀模态的缺陷波SNR仍可达35.23 dB,这对提升Lamb波EMAT检测能力具有重要的工程应用价值。     

HHT在Lamb波检测信号分析中的应用

将一种新的超声信号处理技术用于Lamb波波形中多个模式到达时间的提取。通过将希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)与快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)、小波变换(wavelettransform,简称WT)在时频分辨率方面的比较,表明HHT能够精确识别信号中两种频率分量突变的时刻,显示了HHT方法的优越性。将HHT方法的特性用于Lamb波模式到达时间的提取,从HHT的能量-时间图上可以看出,能量峰值时刻对应着各Lamb波模式的到达时间。试验结果与理论值具有较好的一致性。     

复合材料板的空耦超声 Lamb 波原位应力测量方法

为了实现大部件复合材料板的原位应力测量,提出了基于 Lamb 波的复合材料板空气耦合超声应力测量方法。 目前,由于空耦超声换能器声阻抗的严重不匹配导致能量损失严重、空耦超声信号较为微弱,在声学特征准确提取上难度较大。 与此同时,空耦超声 Lamb 波应力测量方法在复合材料中的应用仍处于理论与实验的探索阶段。 通过实验方法探究碳纤维复合材料的 Lamb 波声弹性效应规律。 根据复合材料板相速度与最佳入射角频散特性分析确定了空耦超声换能器的中心频率与相对纯净 A0 模态 Lamb 波的激励方式,使空耦超声 Lamb 波具有较好的信噪比,保证声时提取的准确度。 为了验证所提出方法的有效性,分别沿着 0°、15°、30°、45°、60°、75° 以及 90° 纤维方向获得 7 个不同的拉伸试样进行应力测量。 实验结果表明,在0~ 100 MPa 范围内测量误差小于±8. 1 MPa,测量重复性为 7. 5 MPa。 该方法在测量精度和测量重复性等方面具有显著优势,可为大部件复合材料板的原位应力测量提供一种先进可行的技术。     

无基准Lamb波时间反转损伤概率成像监测方法

根据损伤散射信息进行结构损伤特征参数提取与损伤监测,是Lamb波结构健康监测研究中的最为有效的方法之一,而目前常用的有基准差信号提取损伤散射信号技术在应用中存在实用性差的问题.采用Lamb波时间反转聚焦原理,结合损伤概率思想,提出了无基准损伤概率成像监测方法.利用信号时间反转处理对波源的自适应聚焦机理,消除Lamb波的频散效应;并根据单模式Lamb波响应信号的各波包在时反聚焦信号中的相对时刻,提取损伤散射信号的传播时间,以此计算出结构中各点出现的损伤概率,从而实现对损伤的成像、定位和监测.在金属铝板结构上的实验表明,该方法可在无需基准信号的情况下,较为清晰地分离出损伤散射信号和信息,得到结构各点的损伤概率图像,有助于结构健康监测的实用化.     

薄膜谐振Lamb波传感器测量液体流速矢量的方法

针对液体流速测量领域中微型流量传感器高品质因数、高灵敏度的性能要求。本文设计一种双端增强型薄膜谐振结构实现Lamb波传感器的高品质因数,利用传感器反对称模式(A01模式)在薄膜-液体界面处的消逝波实现液体流速矢量测量。所制作的双端增强型薄膜谐振Lamb传感器A01模式的主峰品质因数为703,A01模式的频率移动量与液体流速大小存在线性关系,频率移动方向与液体流动方向存在对应关系。流速实测灵敏度约为270 Hz/mm/s,传感器稳定性噪声小于0.2Hz,流速最低检测极限值(LOD)为2.2μm/s,流量最低检测极限值(LOD)为18.3nL/min。结果表明,双端增强型薄膜谐振Lamb波传感器可以实现液体流速高灵敏度矢量测量。     

相速度近似匹配情况下的 Lamb 波非线性特征研究

基频Lamb波模式的选择和激发条件的确定对非线性Lamb波技术起重要作用。利用积累距离定义二次谐波激发窗口,讨论谐波产生对基频Lamb波激发条件严苛性的要求。利用二次谐波表面位移振幅评价谐波激发效率,讨论相速度近似匹配对谐波激发效率的影响及不同模式Lamb波间二次谐波激发效率的大小。理论结果表明,在积累距离内,传播距离的增加,会提高二次谐波激发效率,却使谐波产生条件更为严苛;一定程度的相速度近似匹配,会使二次谐波的激发效率提高;激发模式不同,其谐波激发效率及对谐波产生条件的严苛性均不同。实验测量并比较了纵波型S₂/S₄模式对在90、150 mm传播距离下以及纵波型S₁/S₂、S₂/S₄模式对在150 mm传播距离时的激发窗口与相对非线性系数大小,测量结果与理论分析结论一致。本文对于相速度近似匹配情况下Lamb波非线性效应的讨论,为Lamb波实际应用提供了分析方法与依据。     

薄膜Lamb波传感器用于胃蛋白酶原I检测

为满足大规模胃癌早期筛查对胃蛋白酶原I(PGI)检测高灵敏度、高效率、操作简单、样品量少的需求,本文构建了一种PGI抗体功能化薄膜型Lamb波生物传感器。对传感器检测腔薄膜进行PGI抗体自组装修饰,传感器检测腔表面修饰的PGI抗体将样品中PGI抗原特异性的捕获并固定在检测腔薄膜表面,Lamb波传感器薄膜表面质量增加导致其A0模式中心频率发生移动,且频率移动量与检测腔表面吸附物质质量增加量正相关,实现对样本中PGI抗原浓度的检测。实验结果表明:PGI抗体功能化薄膜Lamb波生物传感器对PGI抗原实测灵敏度约为102.114 Hz/ng/mL,理论最低检测限(LOD)为0.176ng/mL,单个样本检测时间为40min,与现有基于光学检测法PGI检测技术相比,具有检测系统简单、操作简单、不需要专业人员操作等显著优势,且比多数光学检测法LOD更低,比电化学法PGI检测技术LOD低两个数量级。结果表明,本文提出的PGI抗体免疫功能化薄膜型Lamb波生物传感器对PGI检测且具有检测下限低、灵敏度高、检测效率高、操作简单、无需样品预处理等特点,满足大规模早期胃癌筛查的基本需求。     

Damage identification in composite materials using ultrasonic based Lamb wave method

The paper presents an ultrasonic based Lamb waves propagation method for identifying and measuring the damage location in a material for SHM. The present work determines the experimental and analytical effects of various parameters on the sensitivity of damage detection and a methodology is proposed for estimating and measuring the location of damage in the test specimens. An experimental setup is used for generating A_o Lamb waves by calibrating ultrasonic pulse generation for optimal value of the parameters. The experiment is performed on two carbon fiber reinforced plastic bars in both undamaged and damaged state, where the two damaged states are (1) having a cut partway through the bar, perpendicular to the long axis of the bar and (2) having a circular hole. The Lamb wave propagation parameters are calibrated using the ultrasonic pulse generator test setup and the method was compared with direct measured values of ultrasonic instrument.     

Optimal mother wavelet-based Lamb wave analyses and damage detection for composite structures

With the purpose of on-line structural health monitoring,a transducer network was embedded into composite structure to minimize the influence of surroundings.The intrinsic dispersion characteristic of Lamb wave makes the wavelet transform an effective signal processing method for guided waves.To get high precision in feature extraction,an information entropy-based optimal mother wavelet selection approach was proposed,which was used to choose the most appropriate basis function for particular Lamb wave analysis.By using the embedded sensor network and extracting time-of-flight,delamination in the composite laminate was identified and located.The results demonstrate the effectiveness of the proposed methods.