橡胶/铝合金粘接构件脱粘缺陷非线性超声检测技术研究

为提高橡胶/铝合金粘接构件粘接界面缺陷检测结果的可靠性,解决缺陷定量化表征问题,该文采用非线性超声检测技术对含模拟脱粘缺陷试样进行研究,建立非线性弹簧模型,通过采集模拟脱粘缺陷试样上缺陷处的基波信号和二次谐波信号,获得缺陷非线性系数β值,建立缺陷面积与非线性系数β值关系拟合曲线。对比自然试样中缺陷的非线性超声检测和超声C扫描检测结果,验证非线性超声检测结果可靠,因此非线性超声检测技术是评价橡胶/铝合金粘接构件粘接界面粘接质量的一种可靠方法。     

自适应滤波在多界面超声检测中的应用

超声检测在多界面粘接检测应用中，由于多界面结构的特殊性，造成回波信号不易分辨。本文采用双探头对射法和单探头反射法对构件进行多次检测，再多次利用自适应滤波对回波信号进行特征提取。实验证明，这种方法能够较好的提取出各界面脱粘特征信号。     

多层粘接材料深层界面脱粘的超声谐振检测方法

针对多层粘接材料深层界面脱粘检测问题,使用超声谐振检测法进行研究.基于弹簧质量模型分析超声谐振检测的基本原理.在有限元软件中建立某构件二界面脱粘的声谐振检测模型,得到不同大小缺陷以及无缺陷条件下的检测信号,计算得出模型的谐振频率曲线,分析比较典型谐振频率下信号的衰减程度.使用超声谐振检测仪对置有不同大小尺寸人工缺陷试件...     

复合材料层压板分层缺陷相控阵超声检测参数优化方法EI北大核心CSCD

针对复合材料层压板分层缺陷的准确识别问题,通过仿真与实验提出相控阵超声检测激活孔径优化方法,研究并分析不同聚焦深度下激活孔径对声场特性和检测效果的影响。首先,针对相控阵超声接触式检测方法,推导出固固界面下的多点源三维声场模型;然后,对相控阵超声声场进行仿真,研究不同激活孔径下的声场特性;最后,采用热压工艺制备含分层缺陷的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层压板,并搭建相控阵超声检测系统对其进行检测。实验结果表明,通过对相控阵超声激活孔径进行优化选择,能够实现CFRP层压板分层缺陷的准确识别,有效提高缺陷检测精度。     

柔性相控阵动态聚焦理论与仿真

曲面构件被广泛应用在各个领域的关键部位,一旦出现质量问题将造成不可估量的后果,为确保曲面构件在服役期间安全可靠,对其定期进行无损检测尤为重要。因超声相控阵技术检测灵敏度高、速度快,适用于曲面构件的快速检测,特别是柔性相控阵换能器的成功研制满足了复杂曲面构件的检测需求,但目前仍缺乏相应的理论支撑。因此,提出了复杂曲面柔性相控阵动态聚焦理论,并建立有限元声场时域仿真模型。结果表明,基于所提出的聚焦理论,采用柔性相控阵换能器可解决复杂曲面构件内部微小缺陷检测难题,为柔性相控阵换能器参数设计提供了理论依据,推动了柔性相控阵换能器的应用与发展。     

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.     

超声针灸相控阵声场及控制模式研究

超声“针灸”是利用二维相控阵实现声能在皮下不同深度的聚焦,刺激特定穴位,从而模拟传统针灸手法的治疗技术。对设计的超声针灸相控阵在不同聚焦深度下的垂直聚焦声场和偏转声场进行仿真,并对焦域进行统计分析,明确了所设计的相控阵探头延时聚焦声场可以满足超声“针灸”的“针形”声场要求。基于声场仿真,还对超声“针灸”声场控制模式进行了仿真研究,研究结果表明:控制超声相控阵聚焦声场聚焦位置的上下移动以及偏转聚焦,可以模拟传统针灸的提、插以及进针角度的变化,为超声“针灸”进一步模拟传统针灸手法提供了理论依据。     

初始缺陷对复合固体推进剂力学性能影响的数值研究

为了研究复合固体推进剂中初始缺陷对其力学性能的影响,基于分子动力学算法生成了复合固体推进剂的细观颗粒填充模型,在颗粒/基体界面处设置粘接单元,并引入双线型内聚力模型描述界面层的力学响应,基于ABAQUS有限元数值计算平台研究了颗粒破碎、初始界面脱粘及微孔洞这些初始缺陷对推进剂损伤力学性能的影响规律。通过比较仿真应力-应变曲线,发现初始缺陷的存在严重劣化了推进剂的力学性能,具体表现为拉伸强度降低了40%,初始模量降低了40%。研究指出,颗粒/基体界面粘接性能对推进剂力学性能的影响最为显著,提高界面粘接性能可以大幅提高推进剂的力学性能,研究可为改善复合固体推进剂的配方研制及生产工艺提供一定的指导。     

相控阵检测在爆炸焊接金属复合板中的应用探究

相控阵检测技术是无损检测超声领域的新技术,将该技术应用到爆炸焊接金属复合板结合界面波纹特征的检测是一种新的尝试。介绍了相控阵检测技术的基本原理和技术特点,分析了爆炸焊接复合板界面超声波传播特点和相控阵C扫成像基本原理,并在多种材质的爆炸焊接金属复合板上进行试验性应用研究,结果发现相控阵扫查方向影响爆炸波纹的成像效果,通过相控阵检测技术,能够快速获取爆炸焊接复合板结合界面的爆炸波纹特征图像,并能够对波纹特征进行清晰识别与准确评判,有效辅助爆炸复合工艺的提升改进,提高爆炸焊接复合板产品质量,同时也实现了以无损检测方法评价爆炸焊接复合质量的新突破。     

超声C扫描的应用领域发展

随着新材料技术的发展,人们倾向于在工业领域中更多地采用纤维增强复合材料与金属粘接构件.然而,在使用过程中不可避免地会形成脱粘、分层和空隙等各种损伤现象,这些缺陷积累到一定程度,就会造成构件性能急剧下降,影响工业器件的工作性能.与传统声阻检测技术相比,超声C扫描检测技术具有更高的检测灵敏度,目前在飞机碳纤维或者玻璃纤维复...     

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。     

相控阵超声绝对声时法测量底面开口裂纹

针对工件内表面开口裂纹单面单侧定量检测困难的问题,采用相控阵超声绝对声时法(Absolute Arrival Time Technique,AATT)从单面单侧对不同厚度试块中的底面人工开口裂纹自身高度测量进行了数值仿真和实验,并对焊缝中的自然裂纹进行了AATT测量。对比AATT测量结果与常规衍射时差法超声检测(Time of Flight Diffraction,TOFD)测量结果并分析,发现AATT从单面单侧对底面开口裂纹进行定量测量可以达到与常规TOFD同样的测量精度。AATT操作简便,可单面单侧定量测量2 mm以上底面开口裂纹的自身高度。     

相控聚焦超声与圆孔交互作用的散射特性研究

相较于传统超声检测,相控阵技术的声束聚焦控制能力使得相控超声检测的分辨率、信噪比和灵敏度等性能得到有效提升。但针对相控超声与缺陷的交互作用认识不足,导致目前检测技术无法对缺陷进行准确定性和精确定量。为此,建立了一维线阵相控超声检测圆孔缺陷的有限元模型,重点研究相控聚焦波束与圆孔缺陷交互作用的声场散射特性。结果表明,圆孔散射L模态的能量主要集中于正反射区和正透射区,且在透射区的能量大于反射区的能量,而在与入射声束垂直的方向上能量极其微弱,几乎没有散射能量;散射L模态沿入射方向呈轴对称分布;对于不同直径的圆孔缺陷,直径越大,在相同方向上散射波的能量越大;对于相同直径的圆孔,聚焦波与平面波入射时,散射波的分布规律相同,但聚焦波散射的能量明显高于平面波入射时散射的能量。     

Design of an Orthotropic Piezoelectric Composite Material Phased Array Transducer for Damage Detection in a Concrete Structure

ABSTRACT

In order to verify the feasibility and effectiveness of the sensor used in complex concrete materials, an innovative application of ultrasonic phased array detection for a concrete structure was investigated. Comparing with the traditional piezoelectric composites, orthotropic piezoelectric composite material (OPCM) can be used as transducers in damage detection show clear advantages because of their high sensitivity and directivity along the polarization direction. A low frequency ultrasonic phased array transducer consisting of 16 OPCM elements is studied. The optimal array parameters, such as the phased array element interval, the array element width, and number of elements, are obtained by studying the total displacement changes as various parameters change at the focus point in the concrete structure. This configuration allowed the variation and control of the wave field directivity in the concrete structure during the measurements. The measurements were taken on concrete specimens using a precise time-delay device. The experimental measurements were compared to theoretical calculations to investigate the influence of different array element parameters. The results show that an OPCM phased array transducer can be used to detect damage in a concrete block.     

A concentric-ring equivalent phased array method to model fields of large axisymmetric ultrasound transducers

An equivalent concentric-ring ultrasound phased array method was developed to estimate ultrasonic continuous wave fields generated by axisymmetric single-source transducers. The method models a given source as a concentric-ring phased array by mathematically segmenting it into many rings and subsequently finding the amplitude and phase for each ring that produces an acoustic field similar to the field of the single-source transducer. The excitation source of each ring was calculated using an inverse technique based on complex pressure measurements along a radial line close to the source. The predicting abilities of the method are evaluated by comparing measured and estimated ultrasound fields for six different transducers. The results show that the concentric-ring equivalent phased array method (CREPAM) is able to estimate quantitatively the ultrasound fields generated by large axisymmetric planar and focused transducers.     

超声相控阵全聚焦无损检测技术概述

超声相控阵全聚焦成像技术基于接收信号后处理的思想,对检测回波数据进行离线分析成像,是超声检测领域里的一项新技术。因其成像分辨率高、覆盖面广、对小缺陷灵敏度高等优势,在航空航天、高铁、石油管道、核电站等工业领域已有初步应用。文章介绍了全聚焦成像技术的检测原理及优缺点,介绍了其国内外发展历程,总结了研究热点及发展趋势。     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。     

无参考Lamb波相控阵结构损伤监测成像方法

超声相控阵结构健康监测中通过计算差信号获取损伤散射信号的方法易受环境和结构变化的影响,针对这一问题,提出无参考信号的相控阵结构健康监测成像定位方法。采用窗函数截取散射信号,剔除直达波和边界反射信号。基于相控阵方法,对结构损伤状态时的传感器响应信号进行处理,无需结构健康状态时传感信号作为参考。该方法在碳纤维复合材料板结构上的实验研究证明,采用无参考信号的超声相控阵方法能够精确实时地监测并清晰表征结构损伤;同时,该方法可以大大缩短监测时间,且不受环境条件变化的影响,为该方法的工程化应用奠定基础。     

Trans-skull ultrasound therapy: the feasibility of using image-derived skull thickness information to correct the phase distortion

Recent papers have shown that focused ultrasound therapy may be feasible in the brain through an intact human skull by using phased arrays to correct the phase distortion induced by the skull bone. The hypothesis of this study is that the required phase shifts for the phased array can be calculated from the skull shape and thickness provided by modern imaging techniques. The shape and thickness of a piece of human skull was traced from the serial images and used in a theoretical model to calculate the phase distribution for a phased array. A 76-element phased array was manufactured and used in the tests. The piece of skull and the transducer array were positioned in a waterbath, and the ultrasound field distributions were mapped with and without the phase correction. The image-derived phase correction produced a sharp focus through the skull. These results showed that ultrasound brain therapy may be executed completely noninvasively through an intact skull by using a phased array and the skull thickness information derived from MRI scans.     

Angular-profile tuning of guided waves in hollow cylinders using a circumferential phased array

Angular-profile tuning of guided waves in hollow cylinders is implemented by using partial loading of the elements in a circumferentially placed phased array. Each partial loading element generates nonaxisymmetric guided waves in a pipe. In earlier work, numerical calculations and experiments have shown that, for nonaxisymmetric guided waves, circumferential distribution of particle displacements (i.e., the angular profile) changes with propagation distance, frequency, and mode. To change the angular profile at a certain distance, either frequency or mode has to be changed for a single partial loading element. This is not the case, however, for a circumferential phased array. The total angular profile of a circumferential array is the superposition of contributions from all elements. If given the knowledge of the angular profile for a single element, the total guided wave angular profile can be controlled and thus focused at any specific circumferential location by a circumferentially placed phased array with adjustable voltage level and phase inputs. This angular profile tuning technique can be used for implementing a circumferential scan with focused, guided wave beams, which leads to the detection of smaller defects as a result of stronger focused beams. Algorithms and specific nondestructive evaluation (NDE) applications for pipe inspection using this technique are discussed.