针对金属表面缺陷深度的激光超声检测研究

为了完成对金属材料表面缺陷深度的检测,提出了通过幅值分析检测表面缺陷深度的方法.搭建了激光超声扫描检测实验平台,采集了B-scan信号,从时域和频域角度分析了不同深度表面缺陷对声表面波传播的影响.研究结果表明:表面波在缺陷处会发生反射、透射产生模式转换现象,且透射波频率成分与缺陷深度有关;透射表面波与直达表面波的幅值比可实现缺陷深度的检测,与频谱分析法相比,具有更小误差.     

激光声表面波检测铝板表面凹痕的数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了热弹机制下线型脉冲激光辐照金属铝板表面激发高频声表面波,及声表面波经过表面矩形凹痕时发生反射的过程.计算结果表明: 声表面波中的瑞利波经过表面凹痕时发生明显的反射,并产生两个相继出现且具有相同的传播速度的反射表面波成分;随着凹痕深度的增加,两个反射瑞利脉冲出现的时间间隔将增大;数值计算从理论的角度有力地证实了前一反射瑞利波产生于凹痕的顶端,而后者源于其底部的论断,从而为定量检测金属表面缺陷的深度提供了理论依据.     

初始应力对瑞利波无损评价45钢表层应力的影响

基于瑞利波声弹效应理论,在瑞利波无损表征45钢表层应力的基础上分析了45钢表层初始应力状态对应力评价结果的影响。采用声程固定不变中心频率为5MHz的双瑞利波探头对45钢表层应力进行评价,在归一化互相关函数基础上计算了应力引起的瑞利波信号间时间差。结果表明:初始应力不会影响瑞利波在45钢表层中传播速度随拉伸应力的变化规律,即随拉伸应力的增加,瑞利波在45钢表层中的传播速度基本呈线性规律增加,当应力达到一定值时,再随应力的增加,瑞利波传播速度不再呈线性规律变化;但初始应力和去应力退火状态45钢的名义瑞利波声弹性系数不同,分别为0.838和1.041,最大时间差对应的应力值也不同,去应力退火前后应力评价结果的误差约为22%。     

表面裂缝处瑞利波散射的动态光弹研究

0引言表面裂缝是无损检测中常见的危险缺陷,受到广泛的关注。人们研究发展了多种检测表面裂缝的方法,利用瑞利波检测是其中的重要方法之一,并有许多研究见诸报道。Angel和Achenbach在理论上研究了斜入射瑞利波与表面裂缝间的相互作用[1];Hassan和Veronesi采用有限元方法对半椭圆形表面裂缝引起的瑞利波反射系数变化进行仿真计算,且与理论和实验结果进行了对比验证[2]。但这     

利用瑞利波检测层状混凝土结构的材料特性

为获得层状混凝土结构的材料特性,利用瑞利波在半无限大混凝土和层状混凝土中的传播规律,分别建立两种模型中瑞利波传播的波速方程。基于获得的层状混凝土结构中瑞利波的波速方程,提出一种从实测波速来推定混凝土材料特性的反演方法。通过数值计算获得两种模型中波速和混凝土弹性模量的关系曲线,理论计算结果与实验结果基本一致。研究结果表明:由于混凝土层的相互作用,结构中存在多个瑞利波振动模态以及相应的波速,同时波速和上层混凝土弹性模量之间存在对应关系。建立的研究方法和计算结果可直接应用于实际混凝土的瑞利波检测。     

复合材料自动铺丝工艺参数对应力波传播特征的作用机制

利用应力波特征能够有效识别材料结构中内部缺陷及其分布形式,为了将工艺载荷作为应力波激励源对预成型体内部缺陷进行识别,应首先研究铺丝过程中工艺参数对应力波传播特征的影响,以确定应力传感器的放置位置。本文采用有限元方法构建了铺丝过程热力耦合模型,分析了应力波特征参数与工艺参数之间的关系,并进行了实验验证。为了从微观能量角度解释工艺参数对应力波特征的影响规律,采用分子动力学方法,建立了预浸丝界面的分子模型,并计算出总能量、纤维表面能、基体内能等能量参数,识别和评价了不同工艺参数作用下的应力波驱动能量及其贡献比,以揭示工艺参数对应力波特征的能量作用机制。结果表明,以基体内能作为驱动能量的侧向应力波与工艺参数的关系明显,在不同工艺参数施载下,内部缺陷的形成对该波形的作用易于识别,该结论可作为应力传感器放置位置的参考依据。      

利用激光超声技术研究表面微结构材料中瑞利波的传播特性

利用激光超声无损检测的实验方法,观察记录了瑞利波在具有不同表面微结构厚铝板中的传播过程,研究了表面微结构的声传输特性。对具有不同结构参数的微结构样品进行了分组对比实验,结果表明在一定深度范围内,表面微结构具有明显的分频效应。瑞利波中相对高频的部分被反射,反射信号通带带宽主要受制于微结构的深度,其能量主要受微结构宽度影响。相对低频部分沿表面继续传播,因此表面微结构同时具有一定的低通滤波效应。     

激光超声探测铝板表面微缺陷深度的数值研究

采用平面应变有限元法模拟了脉冲激光线源在含有表面微缺陷的铝板表面激发声表面波的物理过程,计算结果给出了激光线源逐渐靠近表面微缺陷时接收点得到的位移信号波形特征的显著变化规律;比较了不同深度的表面微缺陷对声表面波时域位移信号特征的定量影响;并在此基础上分析了紧随双极性R ay le igh波之后出现的振荡位移信号的时间间隔随表面缺陷深度增加而呈线性单调递增的趋势;同时证明不同的线光源半宽只会改变振荡信号的相对强度,而不会影响振荡信号的时间间隔;文中结果为利用声表面波位移信号中振荡成分的时间间隔来定量检测材料表面微缺陷深度提供了理论依据.     

交变磁场测量法在表面裂纹无损检测中的应用

为了分析交变磁场测量法在无损检测中的应用及检测金属表面裂纹长度和深度的影响因素,本文根据交变磁场测量法基本原理,设计了新型的传感器探头和相关硬件电路,可以实现全方位检测金属表面缺陷,抑制噪声并提取缺陷信号的微小变化量。结果表明:探头型号和激励频率对漏磁场的检测影响很大,正交矩形激励线圈方法更方便直观;当霍尔传感器扫过表面裂纹时脉冲漏磁信号急剧降为零后又剧增到最大时,各个深度的表面裂纹信号到峰时间近似呈线性关系,这两个特点能用来对表面缺陷进行定位和定量。     

含初始缺陷钢结构损伤累积至断裂及后期的调查分析

为分析钢结构损伤累积至断裂的演变过程,从含初始缺陷钢结构的敏感性出发,提出了基于钢结构动态损伤响应分析的断裂数值模拟理论框架,指出该问题的实质就是求解钢结构在工作应力远低于屈服应力的情况下发生断裂对应于初始缺陷对疲劳寿命增加的百分数。设定初始缺陷为敏感激励参数,并给出疲劳寿命、强度退化以及二者间的数学计算模式。应用确定安全期限的缺陷敏感性理论,运用强度退化方法计算并比较不同初始缺陷情况下钢结构抗断裂韧性和疲劳寿命数值之间的偏差,表明了本法的可行性和有效性。这些结论可为钢结构安全设防提供指导和参考。     

瞬时高能量加热法的红外无损检测技术模拟

在传热学基础上,分别针对含不同深度缺陷的混凝土和铬钢试件建立了二维传热模型,并从理论上对试件采用瞬时高能量加热,在2ms的时间内对试件表面施加4.8kJ热量.在此基础上,利用大型数值计算软件Matlab对试件表面瞬态温度场进行了计算分析,确定了在瞬时高能量加热下缺陷深度与表面温差的关系及最佳检测时间;同时对不同材料缺陷检测效果进行分析比较,发现以混凝土为代表的非金属材料,对于距表面10mm以内的缺陷,可以在不到3分钟的时间内检测出;对于金属材料,表面温升很小,只有当缺陷在距表面5mm内,可以进行检测分辨,且对检测时间要求较高.     

基于SPH算法的脉冲射流破岩应力波效应数值分析

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法分析脉冲射流破岩的动力学过程,可以很好地避免传统有限元方法(FEM)在处理大变形问题时的网格畸变问题。引入J-H-C模型利用SPH方法建立了脉冲射流破岩的数值计算模型。利用该方法模拟了脉冲射流在破岩过程中应力波的形成、传播及衰减的过程。通过计算分析应力波在时间上和空间上的变化规律,绘出了应力波在传播过程中的波形图,并分析了脉冲射流冲击煤岩的过程中应力波传播的时间及空间特性;另外还发现应力波在不同岩石介质中的传播特性是不同的,对不同岩石的破坏效果也有较大差异,结合岩石材料特性及波的传播特性对计算结果进行了分析解释。数值计算的结果与实际冲击情况相吻合,对脉冲射流破岩的工程应用具有一定的指导意义。     

不耦合装药混凝土中应力波传播的数值分析

运用有限元软件对不耦合装药条件下混凝土中应力波传播进行数值分析,分析了应力波随时间的衰减曲线和速度时间曲线,得出应力波通过水介质传到混凝土中压力均匀、强度衰减较缓慢、传播距离较远,以及炮眼周围混凝土的破坏形态.解释了混凝土自由面在拉应力波作用下的层裂现象.模拟结果对爆破理论和物探方面具有一定的参考价值.     

界面剥离钢-混凝土组合结构应力波传播谱元法模拟研究

建立钢-混凝土组合结构截面二维谱元法模型,针对钢-混凝土界面完好以及存在界面剥离时模型在单点激励下弹性应力波场进行模拟分析,探究弹性应力波的传播规律。采用去除混凝土单元的方法反映组合结构中钢板与混凝土之间的界面剥离。通过对比分析表明界面剥离的存在对弹性应力波场以及模型上不同位置的位移响应产生影响。通过改变界面剥离程度,得到测点位移的变化规律。通过模拟,谱元法可以有效模拟钢-混凝土组合结构中弹性波的传播规律,为研究基于应力波测量的钢-混凝土组合结构界面缺陷检测机理提供帮助。     

应力波效应对爆炸作用下RC桥损伤特性的影响

为了研究RC桥梁抗爆性能,分析了应力波传播的基本原理,采用AUTODYN软件建立了有限元计算模型,验证了计算方法的有效性,对空中爆炸作用下方形空心RC桥动态响应进行数值仿真,分析了方形截面RC桥应力波的传递路径和不同位置的损伤特点.得到以下结论:爆炸作用下RC桥损伤特性受应力波效应影响明显,且主要为自由面反射引起的拉应力;梁体上缘下表面损伤最为严重,须重点防护;梁体两缘上部形成“耳状”损伤;梁体下缘上表面中部出现明显损伤.     

混凝土结构缺陷检测中的叠前偏移理论及应用

提供了一种可仅在单面检测结构损伤并能够检测倾斜缺陷的方法,采用叠前偏移算法对在混凝土结构表面各检测点多次激励并采集的反射应力波进行处理,显示结构内部缺陷影像.通过在不同的测试参数下预制损伤混凝土结构的成像试验,分析了叠前偏移剖面分辨率和测试误差的影响因素,并将试验结果与他人采用水甲叠加法所得研究结果进行了对比.研究表明,与水平叠加法相比,叠前偏移方法在混凝土缺陷检测中具有较高的精度和较强的对倾斜界面的适应性.当叠前偏移速度偏高时缺陷的检测结果会偏深,反之则偏浅.当满足以下三个条件时,叠前偏移剖面的分辨率较高:1)数值滤波器与有效反射波的主频一致;2)传感器的间距不小于四分之一反射波主波长;3)偏移速度不低于实际传播速度.     

复合材料I形梁分层的光纤超声探测技术数值研究

针对纤维增强塑料多界面、高阻尼以及体波模式多样性对超声无损检测的影响, 介绍了一种利用光纤超声探测技术结合小波信号分析检测I 形纤维增强塑料梁中分层的方法。该方法利用超声发射器在梁中产生超声应力波, 用表面粘贴的光纤干涉仪来探测梁中应力波的传播情况, 然后利用小波的多分辨率特性对此信号进行时频分析, 结合梁中超声波的传播特性即可确定分层的位置。理论分析和模拟结果都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。      

爆破振动在边坡岩土介质中诱发的动应力与振动特征分析

开挖爆破诱发的地震波对边坡岩土体有显著影响。基于简化力学模型和应力波理论,分析了露天爆破条件下,瑞利波在爆源远区边坡岩土介质中诱发的动应力和质点振动特征。分析表明,平行于坡面的切向动应力σxx随深度增大而快速减小。垂直坡面方向的法向动应力σzz和动剪应力σzx在坡面上为0,且随深度增大而先快速增大后缓慢减小。岩土体内平行于坡面的切向振动速度vx和垂直坡面的法向振动速度vz在坡面处最大,且随深度的增大而迅速降低。推导了σzz和σzx最大值所处深度zcr的解析解,zcr值随岩土介质质量的降低和振动频率的增大而减小。振动速度与振动频率相同的瑞利波在不同岩土介质中传播时,岩土越软弱其内部最大动应力越小。振动速度相同时,同一岩土介质中最大动应力是相等的,但其所处深度随振动频率的增大而减小。针对边坡动力稳定性拟静力分析中动荷载的确定问题,提出了通过边坡坡面质点振动速度峰值计算潜在滑动面动应力的解析计算方法。     

利用泄漏瑞利波成像检测陶瓷表面缺陷

介绍了利用泄漏瑞利波成像检测陶瓷表面缺陷的方法，并通过实例讨论了采用高频聚集探头激励泄漏瑞利波的特性以及泄漏瑞利波成像的规律。     

钢箱梁焊缝无损测试有限元分析

在钢箱梁工程中,采用超声波声束检测装置可以达到测试出焊缝的强度同时又不破坏钢结构的目的。通过有限元数值模拟的方法来解释超声波声束检测装置的工作原理,并且通过数值计算的手段预测存在缺陷的焊缝与不存在缺陷的焊缝的压电传感器接收到不同的终端电压的时间。在求解弹性波方程时,采用非连续伽辽金有限元法以及时间积分法,使得求解过程更加收敛;静电问题通过使用分布计算的方法对代数方程系统在每个时间步长求解,构成一种高效内存的方法。