基于超声背散射信号递归定量分析的CFRP局部孔隙缺陷识别方法

以碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)的超声背散射信号为研究对象,创新性地提出运用递归定量分析(Recursive Quantitative Analysis,RQA)方法获得其信号特征,实现对材料局部孔隙缺陷的识别及评估。首先,对含有孔隙率为0.2%～5.92%的标准试块的超声背散射信号分别进行递归图分析和递归定量分析。结果表明,不同孔隙率试块所对应的递归图特征表现出明显差异,同时,RQA的特征量参数——递归率与递归熵均随孔隙率的增大而增大。然后,运用RQA方法对某未知孔隙率试块进行局部孔隙缺陷评估,基于上述结论,识别得到该试块中最有可能含有局部孔隙缺陷的区域。最后,剖开该未知孔隙率试块作微观形貌观察实验,实验发现该试块实际孔隙缺陷区域与RQA识别得到的结果相同,从而验证了递归定量分析方法用于CFRP局部孔隙缺陷识别的有效性。     

汽轮机轮缘超声相控阵检测中缺陷方向识别

利用超声相控阵检测系统对含有裂纹缺陷的外包菌型低压汽轮机叶轮圆盘实验试块进行检测.针对超声波脉冲反射法中缺陷方向难以确定,尺寸容易误判等问题,提出一种频谱分析方法,研究线状缺陷方向变化对于超声回波的影响.对于3种倾斜角度的裂纹缺陷回波信号,分析其功率谱并进行小波包的分解和重构,用"频率-能量"的方法提取各方向缺陷回波信号的能量特征.实验结果表明,各方向缺陷回波信号的能量特征差别明显,并绘制出声束轴线与缺陷的夹角和高频带所占能量之间关系曲线.该方法实现了缺陷方向的识别,并为后续线状缺陷的准确定量提供依据.     

基于递归奇异熵方法的波纹管压浆超声检测

为检测混凝土结构中波纹管内灌浆密实度,提出了一种基于递归奇异熵方法的波纹管压浆质量检测的方法。利用有限元软件进行理论模拟仿真,对结构响应信号采用多变量融合的方法,结合递归图分析法和奇异熵估计分析回波数据,结果表明,缺陷横向尺寸与递归奇异熵值具有单调对应关系,递归奇异熵方法可以用来判断压浆剥离尺寸。通过实际制作模型并测量,验证了该方法的可行性。     

水利工程中金属焊缝缺陷的超声检测方法比较研究

为研究基于超声的无损探伤方法在水利工程金属结构焊缝缺陷识别中的应用,利用常规超声检测技术、超声相控阵技术、衍射时差法(Time of Flight Diffraction, TOFD)超声检测技术对水利工程金属结构焊接试块缺陷进行识别,分析了各种缺陷在超声无损探伤技术中的特征显示。研究结果表明:常规超声检测技术、TOFD检测技术均能对各种缺陷实现信号显示,超声相控阵检测技术对气孔和横向裂纹的显示不够明显,但对其它缺陷的检出效果较为明显;常规超声检测技术对操作人员的要求较高,对缺陷的定性困难,精度不高;TOFD检测结果中气孔和横向裂纹的显示呈现出一种特殊的弧形,有一定高度的内部裂纹和未熔合的信号由上下尖端衍射波组成,根部未焊透上下尖端信号不够明显;相控阵检测结果直观,可以较精确地测量缺陷的埋藏深度、自身高度、长度等,但在扫查点状缺陷或者与超声声束平行的裂纹缺陷时,检出率极低。     

超声波检测试块真实缺陷的精度验证

目的 研究超声波检测试块中真实缺陷的形态、精度及其偏差产生原因,为进一步提高试块精度提供技术支持。方法 采用射线检测、超声检测及解剖测量方法,对自主研发的超声检测试块中植入的真实缺陷进行了检测,分析了缺陷的几何尺寸及位置坐标参数与设计值之间的偏差及其产生原因。结果 经表面打磨后,缺陷植入痕迹已完全消除,植入的裂纹形态自然,闭合度较好,且端点清晰,无二次扩展现象。经植入焊接后,缺陷载体与试件母体形成完全冶金结合,植入缺陷与自然缺陷在超声波检测信号上无区别,且在探头到缺陷之间的声束路径上,没有显示异常的反射界面或次生缺陷信号。由射线和超声检测可知,缺陷的几何尺寸及位置坐标的偏差为±2.2 mm。由解剖测量可知,平均偏差绝对值小于0.7 mm。结论 缺陷植入前设定的熔化余量与植入过程中焊接所产生的端部熔化量之间的差异造成了植入缺陷尺寸和位置与设计值之间的偏差。     

薄壁金属与非金属环形粘接件粘接质量超声检测方法研究

为了解决薄壁金属与非金属环形粘接件粘接质量的常规无损检测方法缺陷定位、定量准确性不高的问题,本文采用超声C扫描成像检测和接触式超声脉冲回波法,通过对环形粘接件人工缺陷对比试块、粘接产品件的检测,以及人工缺陷对比试块的解剖,对薄壁金属与非金属环形粘接件的粘接质量进行了研究.结果表明采用超声C扫描成像检测方法能检出大面积的脱粘缺陷和气孔缺陷,而接触式超声脉冲回波法无法区分粘接界面的缺陷信号,粘接缺陷无法被检出.因此超声C扫描成像检测方法对环形粘接件粘接质量具有良好的检测适用性和可靠性,是评价薄壁金属与非金属环形粘接件粘接质量有效的无损检测方法.     

碳纤维-铝多层结构胶接质量的超声检测

采用宽带窄脉冲超声换能器对树脂基碳纤维与铝板胶接质量进行检测,通过对采集的回波信号幅值、声时以及相位等因素的分析,找出回波信号与胶接缺陷形态的对应关系,提出针对树脂基碳纤维与铝多层结构胶接结构的超声检测方法。本文还通过对试块上预埋缺陷的检测确定了该检测方法的准确性,并运用红外热成像检测技术对检测结果的可靠性予以验证。     

基于神经网络的超声导波钢杆缺陷识别

利用基于BP神经网络的缺陷识别算法,从不同实验条件下获得的信号样本中抽取特征量,对钢杆中不同深度和位置的径向裂纹进行了识别。首先,采用频率为235kHz激励轴对称纵向模态导波对钢杆中的径向裂纹进行了检测。实验表明,在235kHz时获得的超声导波信号含较单一的L(0,2)模态,避免了用L(0,1)模态检测小尺寸缺陷时检测能力较弱的问题,又减少了用轴对称纵向高阶模态检测缺陷时模态较多不易分辨缺陷回波的现象。其次,利用算法对钢杆中的径向裂纹进行识别。结果表明,在已有实验样本数下,缺陷识别算法从整体上很好地识别不同深度和位置的裂纹,识别正确率稳定在87%。     

Lamb波的交叉递归分析在金属板损伤量化中的应用EI北大核心CSCD

针对金属板疲劳损伤演变的非线性动力学特性,提出了基于Lamb波交叉递归分析的疲劳裂纹量化检测方法。该方法首先从结构动力学角度采用交叉递归图分析了损伤信号与无损信号在相空间中的非线性相关性,并在此基础上采用了交叉递归量化分析(cross-recurrence quantification analysis, CRQA)特征对Lamb波信号中的裂纹损伤进行表征。接着,结合CRQA特征的状态相关性、单调性、鲁棒性及特征间的关联性进行特征的优化选择,采用支持向量描述模型对优选特征进行了融合,构建了金属板疲劳损伤的统一量化指数。最后,采用铝板随机裂纹仿真试验与铝板弯折试验对该研究提出方法进行了验证。结果表明,基于Lamb波交叉递归分析的损伤评估方法突破了Lamb波的多模态性、散射性、损伤波包的微弱性造成的损伤特征提取困难的问题,不仅能够对金属板疲劳损伤进行有效的量化评估,还具有较好的噪声鲁棒性,在复杂结构疲劳损伤检测与评估领域具有较好的应用前景。     

基于Lamb波递归量化分析的复合材料裂纹损伤定征研究

以谐波激励下的不同损伤引起的结构非线性特性为基础,利用递归量化分析对复合材料的基体微裂纹损伤进行量化检测。以不同外载条件下产生的不同裂纹损伤的复合材料层合板为试验对象,对靠近损伤区域的路径中的Lamb波信号进行了递归图的分析绘制,在此基础上采用递归量化指数对各路信号包含的损伤信息进行了定量表征;为了达到对损伤统一表征的目的,以特征向量间的欧式距离作为损伤状态相对于无损状态的偏离程度,建立了统一损伤指数。分析结果表明该研究提出的统一损伤指数对复合材料基体微裂纹损伤具有较好的敏感性,并随损伤程度增加成良好的线性递增趋势,其为复合材料的基体微裂纹损伤定征提供了一个有效可行的方法与手段。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊缺陷的超声检测及信号识别

目的 利用水浸聚焦超声C扫描对2524铝合金回填式搅拌摩擦点焊（RFSSW）接头进行检测并完成缺陷识别。方法 以A扫描时域信号为对象,绘制能量谱与金相作对照,确定焊合区;分析未焊合、聚集型孔洞及弥散型孔洞的时域和频域波形特征,并对频域信号进行小波分析,提取特征量。结果 缺陷区反射回波的归一化能量不低于0.02;不同形式的缺陷（聚集型孔洞、弥散型孔洞、弱连接）其频谱形状特征不同,具有不同的峰值个数。结论 通过金相验证,表明超声波C扫描对接头缺陷可进行有效的检测和区分。     

基于EEMD和低秩稀疏分解的超声缺陷回波检测方法

针对应用超声对金属材料微小缺陷检测时缺陷回波容易被噪声干扰的问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和低秩稀疏分解相结合的检测方法,以避免传统基于经验模态分解(EMD)的去噪方法难以消除结构噪声的问题.首先对缺陷检测信号进行EEMD得到一系列本征模态函数(IMF),采用基于概率密度函数的相似性测量方法选取相关模...     

电磁超声单向表面波对铝板微小缺陷的检测

电磁超声表面波被广泛用来检测表面或近表面缺陷。双向表面波电磁超声换能器(ElectromagneticAcoustic Transducer, EMAT)会在两侧同时产生能量较低且均衡的超声波,而微小缺陷(缺陷深度远小于表面波波长)的反射信号非常微弱,易被噪声淹没,根据回波信号,难以识别和定位缺陷。为此基于惠更斯叠加原理设计了单向表面波EMAT,对其声场进行了有限元分析;研究了增强侧表面波遇到不同缺陷的响应特性,得出缺陷深度、角度与反射波幅值的关系;并对含不同微小缺陷的铝板进行了实验研究。仿真和实验结果表明,所提方法提高了表面波检测微小缺陷的灵敏度,并实现了缺陷位置及深度的量化。     

基于经验模态分解的管道超声回波信号噪声消除

在管道超声无损检测中,超声回波信号往往受到电子噪声、结构噪声等噪声的影响,所以在分析缺陷回波信号时,必须对回波信号进行去噪处理.本文提出了一种新型的基于经验模态分解的方法对超声回波信号进行了良好的消噪处理.通过计算,超声回波信号的信噪比大约提高了11 dB.     

波纹管内部脱浆状态的超声检测方法

为了检测波纹管内部不同脱浆状态的缺陷问题,提出了一种采用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)与蚁群神经网络相结合的超声检测方法.将检测到的回波信号进行变分模态分解,将分解后信号的多尺度样本熵作为特征参数,输入到蚁群神经网络中进行检测.实验结果表明利用VMD分解方法与蚁群神...     

密集型矩形阵列参数对激光Lamb波成像的影响分析

激光超声技术具有非接触、检测效率高等优点,在无损检测领域受到广泛关注;充分利用激光超声技术的高空间分辨率特性,结合密集型矩形阵列和激光Lamb波技术进行板中缺陷检测。采用连续小波变换对频带宽、时域分辨率低的激光Lamb波信号进行提取,得到特定频率下具有高时域分辨率的窄带信号;利用线性映射补偿技术消除所提取窄带信号中的频散,消除频散的信号用于缺陷成像;最后,结合幅值成像技术和符号相干因子成像技术对频散补偿后的信号进行处理,实现铝板中缺陷的成像和定位。在此基础上,进一步对不同的阵元数量和阵元间距对密集型矩形阵列指向性和缺陷成像质量的影响进行分析。当阵元数量为16,阵元间距为一个Lamb波波长时,主瓣宽度较窄且没有栅瓣出现,缺陷成像质量得到有效提高。     

Investigation of hydrodynamics of gas-solid fluidized beds using cross recurrence quantification analysis

Hydrodynamics of gas-solid fluidized bed was investigated by analyzing its pressure fluctuations using cross recurrence quantification analysis (CRQA). Pressure fluctuations were measured in a lab scale fluidized bed of various particle sizes at different gas velocities. First, the CRQA was applied to a number of well-known dynamic systems and the results demonstrated that it is a powerful method to detect similarities between nonlinear signals. Then, it was shown that graphical structures within the cross recurrence plot of pressure fluctuations of a fluidized bed vary with both superficial gas velocity and particle size. It was found that determinism and cross recurrence rate of non-normalized data initially decrease and then increase with increasing the gas velocity. When the signal is initially normalized, determinism and entropy do not change with the superficial gas velocity while cross recurrence rate is sensible to changes in the superficial gas velocity. It was concluded that entropy can be used for detecting changes of particle size and if a proper reference state is chosen, entropy can be a powerful index for detecting changes in the size of particles in a fluidized bed.