弹性声波与表面缺陷相互作用的数值模拟

为了分析材料表面缺陷对声表面波传播的影响,以弹性动力学理论为基础,采用有限元方法数值模拟了声表面波沿金属表面传播及其与表面缺陷的相互作用。通过数值模拟弹性声表面波与不同深度、不同宽度的表面缺陷相互作用过程,得到了声表面波经不同表面缺陷后的反射和透射表面波波形,并对波形进行快速傅里叶变换分析。结果表明,弹性声表面波与表面缺陷相互作用后,产生反射Rayleigh波和透射Rayleigh波;随着表面缺陷深度和宽度的增加,Rayleigh波反射率相应增加,而透射率相应减小。     

弹性声波与表面缺陷相互作用的数值模拟

为了分析材料表面缺陷对声表面波传播的影响,以弹性动力学理论为基础,采用有限元方法数值模拟了声表面波沿金属表面传播及其与表面缺陷的相互作用.通过数值模拟弹性声表面波与不同深度、不同宽度的表面缺陷相互作用过程,得到了声表面波经不同表面缺陷后的反射和透射表面波波形,并对波形进行快速傅里叶变换分析.结果表明,弹性声表面波与表面缺陷相互作用后,产生反射Rayleigh波和透射Rayleigh波:随着表面缺陷深度和宽度的增加,Rayleigh波反射率相应增加,而透射率相应减小.     

激光超声探伤仿真及时频分析

本文利用有限元软件ANSYS对激光超声与表面缺陷相互作用的过程进行了数值模拟,得出了不同缺陷深度情况下的超声透射波形;针对时域图中无法有效提取缺陷深度特征量的问题,本文运用时频分析方法中的短时傅里叶变换和EMD分解方法对仿真数据进行了分析,得出结论:这两种方法均可在一定范围内对激光超声信号进行分析;此外,本文进一步利用STFT对仿真得到的不同缺陷深度的超声信号进行分析比较,得出结论:随着缺陷深度的增加,引起超声信号中的时间、频率、能量等多种特征量的变化。这为激光超声信号中表面缺陷特征量的提取及定量化提供了一种可行的技术途径。     

基于优化BP神经网络激光超声表面缺陷识别

为了解决激光超声检测过程中定量识别表面缺陷深度较困难的问题,提出了一种粒子群(PSO)优化BP神经网络表面矩形缺陷深度定量识别方法.基于热弹机制,利用有限元软件COMSOL建立了利用激光超声检测含有表面缺陷铝材料的有限元模型,得到了脉冲激光照射下不同深度缺陷对应的透射波信号,提取透射波信号的时域峰值、中心频率、频域上3 dB带宽、上限截止频率和下限截止频率等多个变量作为神经网络的特征向量,建立了PSO-BP神经网络缺陷深度定量识别模型,实现了0.1～3 mm深度缺陷的定量识别.计算结果表明:经过粒子群算法优化后的BP神经网络能够准确地识别出金属表面缺陷的深度信息,识别相对误差在6％以内,结果证明了该神经网络模型对矩形缺陷深度的识别具有一定的可行性和准确性.     

理疗产品中LED辐射源有效波长的研究

用不同波长的LED辐射源照射离体组织标本,然后通过光谱仪接收其透过光线。比较了LED光透射组织后的波形和波长分布,分析了不同频率的光透过同一组织标本后的频谱,最终得出了LED光透射组织时的最佳波长范围。该结果可以对LED辐射源在理疗产品中的应用起到一定的指导作用。     

激光超声透射波频域特征的仿真与实验研究

为了解决航空发动机原位裂纹的快速检测问题,通过数值模拟与实验分析相结合,分析激光超声透射波与不同深度缺陷的铝板相互作用后的频域波形峰值的变化。研究表明：（1）随着缺陷深度的增加,透射波频域波形的幅值整体上呈现降低的趋势;（2）由实验数据分析可得,缺陷深度从0.3mm增加到0.9mm时,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的峰值增加量分别为35.45%、24.90%、24.11%,即其增加量逐渐减小。该分析方法为超声信号表征表面微缺陷提供了一种思路,为今后从频域峰值方面分析裂纹深度奠定一定的基础。     

多因素影响下法布里-珀罗干涉仪透射频谱特性

法布里-珀罗(F-P)干涉仪是具有重要科研和实用价值的光学仪器,能广泛应用于光学鉴频、锁频以及光谱超精细结构的测量研究。然而,在实际应用中干涉仪的频谱特性将受到诸多因素的影响。从入射光束发散角、入射光频谱、干涉仪平板吸收损耗、平板表面缺陷和不平行度等因素对F-P干涉仪频谱特性的影响做了深入的研究。在考虑了上述诸多实际因素情况下,理论上导出了F-P干涉仪的透射频谱函数的一般表达式;定量给出了由发散角引起的透射频谱整体平移量;提出了等效发射激光谱宽的概念,将入射光束发散角、入射光频谱、干涉仪平板表面缺陷和不平行度等对透射频谱的展宽效应合并处理,给出了定量的等效关系式。这些结果可为法布里-珀罗干涉仪的设计与应用提供借鉴。     

弧形表面缺陷的激光超声检测方法研究

利用激光超声技术，研究生产中常见的弧形表面缺陷的无损检测方法。首先基于热弹机制建立弧形表面缺陷检测的有限元仿真模型，探究不同尺寸参数的缺陷对表面波反射回波及透射波的影响；然后采用经验模态分解法对带有缺陷信息的反射回波和透射波信号进行了分解，提取相应特征频率的信号进行叠加；最后根据超声特征参数的变化规律，建立了缺陷深度的预测模型。结果表明，利用透射波特征参数计算得到的缺陷深度与实际缺陷深度相比的最大误差仅为0.6%,因此提出的预测模型具有较高的精度，可用于弧形表面缺陷的现场检测。     

一维液晶缺陷光子晶体温度传感器的研究

将向列相液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,利用液晶折射率对温度变化敏感特性,设计了一维液晶缺陷光子晶体温度传感器。用传输矩阵法研究了传感器的温度特性,并用Matlab编程进行了模拟计算。结果表明,当温度升高时,液晶排列沿平行介质表面的传感器,缺陷峰波长向长波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度减小;而液晶排列沿介质表面法向的传感器,缺陷峰波长则向短波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度增大;传感器的温度灵敏度大于普通材料缺陷的光子晶体,与液晶材料和温度有关,温度接近液晶相变点而增大迅速;传感器缺陷峰波长的漂移与温度成非线性关系。设计了温度传感器探头结构和实验测量系统,测量结果与理论计算值符合。     

透射法的红外热波缺陷定量检测研究

脉冲红外热波检测是一种新兴的无损检测技术,通常采用反射型激励方式。针对反射法缺陷深度检测误差大的不足,系统分析了透射法的红外脉冲热波定量检测缺陷深度。通过分析材料在脉冲热激励下的一维热传导模型,探讨了缺陷深度的红外测量原理。利用表面温度一阶微分峰值时间法建立特征时间与缺陷深度的关系,实现对缺陷深度的定量检测。以PVC板人工楔形槽缺陷为例,采用透射法与反射法对比实验分析缺陷深度的测量误差。结果表明,反射法在对缺陷进行定量计算时需要选取参考区域,而透射法对数据的处理不依赖参考区域,避免参考区域所带来的误差。透射法直接加热缺陷面,响应时间短,通过求解缺陷处的特征时间计算缺陷深度,检测精度得到大幅度提高。     

激光瑞利波的时间依赖性探测表面缺陷深度

针对金属构件表面微小缺陷非接触式定量检测的难题,本文采用有限元法模拟了激光产生的瑞利波与不同深度的表面缺陷的相互作用,研究了瑞利反射波与表面缺陷深度的时间依赖关系。通过分析该时间依赖关系的产生机制,提取出能够定量表征表面缺陷深度的时域特征量,得出了该时域特征量与表面缺陷深度的数学关系表达式,并利用该数学关系表达式进行了激光超声表面缺陷检测实验中的深度计算。结果表明,实验结果与数值模拟结果具有良好的一致性,该时域特征量与缺陷深度呈线性关系,能够定量表征表面缺陷深度的范围为0.1~0.5 mm,最大误差≤0.06 mm。     

基于小波分解表面波的涂层平板表面缺陷检测方法研究

激光照射在涂层平板表面产生的超声表面波传播时会产生色散现象,该现象会影响表面缺陷检测精度.针对表面波的色散问题,采用有限元仿真分析表面波在涂层平板表面的传播规律,利用Morse小波分解多频表面波信号,提取最大幅值单一频率的缺陷时域信号从而确定表面缺陷位置.在此基础上通过扫描缺陷附近检测点的方式,分析缺陷前沿入射波和缺陷...     

激光激发表面波测量表面缺陷深度的数值研究

为了研究声表面波与表面缺陷的作用机理,实现激光超声技术对表面微缺陷定量检测,本文采用有限元法首先分别研究了声表面波与缺陷前沿、缺陷后沿的作用,然后讨论了缺陷宽度的存在对缺陷前沿与声表面波作用的影响,最后通过分析矩形缺陷与声表面波的作用,给出了能定量表征表面缺陷的特征量。研究结果表明:RS波(特征点Q)后的振荡信号(特征点W、E)来源于透射表面波在缺陷后沿所产生的振荡。特征点Q的到达时间随表面缺陷深度或宽度增大都呈现微小的线性增长；特征点W、E的到达时间差随表面缺陷深度的增大呈线性增长,与缺陷宽度的变化无关。最后,根据特征点的到达时间实现了缺陷深度的定量计算。研究结果为表面缺陷的定量检测提供了理论依据。     

热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析

为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用,采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算.阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础,将脉冲激光加载于工件表面,同时考虑对流和辐射换热边界条件,分析了材料中的温度场;基于热固耦合,将温度场加载于应力场分析过程中,讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布,并通过...     

Studies of backscattered sea return with a CW, dual-frequency, X-band radar

A coherent, CW, dual-frequency,X-band radar was used to study microwave sea return from the Chesapeake Bay. It is shown that the product of the backscattered fields depends strongly on long surface wave properties. In particular, a sharp line is found in the product power spectrum whose frequency is that of the water wave whose wavelength is in resonance with the spatial period of the beat frequency between the two transmitted signals and whose wave vector is parallel to the horizontal line of sight. Thus, gravity wave dispersion relations can be obtained with the system. Furthermore, the degree of modulation of short waves by long ones is given by the intensity of the line. A broad background corresponding to the convolution of the single-frequency Doppler spectra is also seen in the product power spectrum. These results are shown to be interpretable by composite surface scattering theory.     

激光远场激发表面波在开口缺陷处的散射回波

为了实现激光超声技术对表面缺陷的定量检测,采用有限方法模拟了激光激发的表面波与表面开口矩形缺陷作用的复杂过程,比较了近场和远场两种不同激发方式下相同接收点的位移信号,发现远场激发下各种模式转换波和反射表面波能充分分离,有利于分析表面波与缺陷作用的复杂过程。在远场激发方式下分别探讨了表面波与缺陷前沿和后沿的作用过程,提取缺陷产生的散射回波特征,并用惠更斯原理分析其产生原因。最后研究了缺陷深度和宽度变化对散射回波特征的影响。结果表明,散射回波特征点到达时间差与缺陷深度和宽度有线性关系。该研究为反问题估算缺陷尺寸提供了理论依据。     

基于表面波增强效应的圆柱表面缺陷检测方法研究

激光照射金属圆柱表面激发出的声表面波,在沿圆柱表面传播过程中产生色散和相移,并在表面缺陷前沿处幅值会有显著增强的现象,为表面缺陷的检测提供了新途径。基于激光激发的声表面波这一现象,提出通过扫描检测点的方法确定缺陷的位置,给出了表面波在表面缺陷附近的传播路径和缺陷深度计算公式。数值研究表明:(1)相对于脉冲回波法,扫查检测点方法提高了缺陷检测的位置精度,有效减小了圆柱表面波传播过程的色散和频移现象对缺陷位置精度的影响。(2)当缺陷深度范围为1~2 mm,通过给出的缺陷深度计算公式得到仿真缺陷深度与实际缺陷深度之间的误差控制在6 %以内,验证了提出的缺陷深度计算公式的有效性。以上研究结果为应用表面波检测圆柱类零件表面缺陷提供了有价值的参考。     

基于光纤F-P传感器的缺陷波极值实验研究

基于光干涉原理确定初始Fabry-Perot（F-P）腔长度,设计一光纤F-P干涉仪,建立光纤F-P激光超声实验装置,用于试样表面缺陷的非接触式检测。结果表明,激发源、传感系统及缺陷位置一定时,直接表面波的幅值和出现时间及反射回波的出现时间基本不变;缺陷的宽度、深度一定时,缺陷越长,缺陷反射波的幅值越大;缺陷尺寸一定,缺陷长度方向垂直激发源与传感器连线时,缺陷反射波幅值最高,随着倾角减小,幅值逐渐降低,平行时幅值最小。     

高温下表面波测量亚表面缺陷宽度的数值模拟

为了实现激光超声技术对不同温度下亚表面缺陷宽度的定量检测,本文采用了有限元法模拟了激光激发表面波与亚表面缺陷的作用,并提出了一种利用表面波定量计算亚表面缺陷宽度的方法。首先在亚表面缺陷的一侧产生表面波,然后在另一侧产生表面波,最后分别在两侧检测到来自在亚表面缺陷的入射和反射表面波。当亚表面缺陷处于一个表面波波长的作用范围内时,基于入射和反射表面波的到达时间可实现计算亚表面缺陷宽度。数值结果与理论结果吻合良好,为高温下采用激光超声技术定量计算亚表面缺陷宽度提供了一种十分有效的数值方法。