基于横波衍射法应用激光-电磁超声检测内部缺陷

为了有效评估出工件内部缺陷的深度,提出了脉冲激光激励和电磁超声换能器接收的非接触式检测方法。分析了超声波的烧蚀激励原理,体波作用于缺陷后的衍射现象,以及电磁超声的接收过程。依据横波衍射理论,当电磁超声换能器处于缺陷正上方时,衍射信号的渡越时间将取得最小值,基于此推导了缺陷深度计算公式并讨论了检测盲区。搭建了工件内部缺陷的激光-电磁超声检测系统,先后测量了内部含有圆孔和不同倾角裂纹的工件试样。在固定激励点的前提下,移动电磁超声换能器,观察信号渡越时间的变化规律,以及分析衍射横波的相位特征。提取衍射横波的最小渡越时间并求得缺陷深度值,其相对误差均在±3之内。实验结果表明,激光-电磁超声检测方法能够有效测量出缺陷深度,可作为接触式压电超声检测技术的一种补充方案,应用于无法满足耦合条件的场合。     

柱状材料声表面波相位变化与缺陷探测研究

激光在热弹效应下激发出的声表面波,在柱状材料表面传播过程中发生相移现象。通过有限元方法对铝材圆柱中表面波相位变化规律以及表面波与缺陷作用机理进行数值模拟。数值研究表明：激光产生的表面波负相位最强,传播过程中负相位向正相位移动,相位差逐渐减小,180°左右正负相位强度大致相等,之后正相位继续增强、负相位持续减弱,并且沿圆周每传播一周,其相位发生一次翻转,缺陷产生的表面反射波有同样的相位变化现象;通过B扫图发现RRcw随缺陷角度增大变得模糊,RRccw随缺陷角度增大变得明显。说明反射波产生时间的长短与受干扰程度成正比,针对柱状材料表面缺陷提出了合理的检测范围;对不同深度缺陷数值模拟发现,深度变化使得P波峰在接收时间上发生延迟,推测P波峰传播路径并提出相应公式进行证明,计算结果与模拟结果吻合度较高,可通过此公式定量缺陷深度信息。以上研究结果为超声波检测柱状材料表面缺陷提供了有效参考。     

横观各向同性复合材料激光超声检测的数值模拟

为了分析横观各向同性复合材料的内部材料属性,结合激光超声理论,使用仿真软件Comsol Multiphysics建立了复合材料在激光热弹下激发出超声波的等效模型,通过设置完美匹配层、低反射边界等方法消除了边界回波。采用有限元法模拟了横观各向同性材料中激发超声波的物理过程,对缺陷回波信号进行了时域分析。结果表明:平板厚度的增加会使超声波逐渐转变为高阶模态,且随着平板厚度的增加,模态的截止频率会逐渐降低,同时在横观各向同性复合材料中传播的超声波将逐渐失去Lamb波的特征,转而表现出表面波特征,将Lamb波向表面波转化激发出Rayleigh波。本次模拟为进一步研究复杂介质中超声波的产生和缺陷定位奠定了基础。     

基于压电超声导波的管道缺陷检测数值模拟

建立了压电材料与管道结构的超声与机械多物理场耦合有限元数值分析模型,采用ANSYS数值分析软件,在认识管道中导波频散特性的基础上,对利用压电陶瓷(PZT)激发的纵向导波进行数值模拟,探究压电超声用于管道损伤识别的机理。在管道模型的自由端周向分布16个PZT激励器激发入射导波,运用与之相距50mm处的PZT接收检测信号,对不同尺寸的单裂纹管道模型进行了数值模拟。结果表明,运用纵向导波检测能准确识别出管道缺陷的存在,且回波的幅值与缺陷尺寸有明显的正相关性,对接收信号时程进行分析可较准确地定位缺陷位置。     

材料内部热阻热容型缺陷的红外检测模拟研究

在数值传热学的基础上,从理论上对材料内部热阻性、热容性两类缺陷的平板进行了二维温度场的数值模拟,并根据模拟的温度场,对缺陷进行了模拟再现研究。研究结果表明,通过红外温度检测及模拟温度场,可以有效地检测内部缺陷的性质及大小,从而预防和避免事故发生。     

环形光源激发超声进行缺陷检测的数值研究

为了提高激光超声的激发效率且不对被测表面造成损伤,改变了光源的空间分布,采用脉冲激光环形光源激发超声及有限元方法,应用多物理场耦合软件,对铝板中激发的超声全场波形进行了数值模拟,研究了环形光源中轴线上叠加横波的激发特性随激光参量而变化的规律,并与点光源激发超声进行对比.通过模拟缺陷所导致超声场的变化规律,提出一种环光源...     

基于COMSOL的激光超声裂纹检测数值模拟研究

为了利用激光超声技术检测裂纹信息,本文基于有限元分析软件(COMSOL)的热-固耦合物理场,建立激光超声无损检测模型,从激光的功率密度、空间分布、时间分布将激光等效成表面力源,采用完美匹配层、低反射边界、热绝缘边界消除边界回波。通过固定激励源与探针的距离,对探针信号的分析,进行了不同位置裂纹对脉冲回波峰值及到达时间影响规律的仿真,与实验相比较,此模型具有很高的正确性。结果表明:固定激励源与探针的距离,脉冲回波的峰值会随着裂纹与探针距离的减少而增大,脉冲回波的到达时间会逐渐提前;透射波的幅值会衰减,到达时间会稍有延迟。     

组合结构空洞缺陷检测压电阻抗数值模拟研究

钢管混凝土等组合结构在超高层建筑中的应用日益广泛,其核心混凝土的空洞缺陷会严重影响构件的力学性能。该文利用数值模拟法对基于压电阻抗的核心混凝土空洞缺陷检测技术的作用机理进行了深入研究。通过对比有、无缺陷区域的阻抗计算结果,分析判定缺陷位置,并定义偏差均方根损伤指标来评估测点位置的损伤程度。结果表明,核心混凝土空洞缺陷的存在会导致相应位置的嵌入式压电传感器阻抗频率曲线产生显著变化,所定义的损伤指标可有效识别核心混凝土的空洞缺陷,数值模拟法成功验证了基于压电阻抗法的核心混凝土空洞缺陷检测技术的有效性。     

双透明材料激光透射焊接温度场的数值模拟

近年来,透明材料的激光透射焊接成为国内外研究的热点.本研究通过在透明材料界面制备低熔点薄膜来增大透明材料对激光的吸收率,从而实现双透明材料的激光焊接.本文构建了一个3D数值模型,数值模拟结果与实验测试吻合较好.另外,还研究了激光焊接过程中温度场的变化过程,并对进一步研究了激光焊接工艺参数对温度场的影响.     

基于强磁场下永磁材料磁滞特性的数值模拟

在永磁材料推广应用的过程中,其性能使用程度的提升成为了当前关注的焦点。另外,永磁材料在特殊材质下产生的磁场效应,也是行业研究的重点内容。只有事前充分模拟永磁材料的磁特性,后期实际的磁体结构所产生的真实磁场与计算出磁场的误差才会尽可能的降低,这样才能设计出符合实际生产所需的永磁体。本文基于强磁场下永磁材料磁滞特性的数值模拟有关问题研究,希望能够最大程度上克服传统简化模拟方法在强磁场永磁体数值计算中出现的误差问题,提升精准度,有效指导实践工作。     

基于ABAQUS的激光板料成形的数值模拟研究

激光板料成形技术是一种柔性无模的金属板料成形新工艺。本文通过对ABAQUS有限元软件和激光热应力成形及激光喷丸成形这两种激光板料成形方式的简要介绍,着重分析了ABAQUS有限元软件在激光热应力成形和激光喷丸成形数值模拟方面的应用,并对数值模拟中关于载荷定义、本构关系、网格划分、边界条件等关键问题的处理进行了分析,且给出了具体的解决方案。最后以具体的模拟实例指出,ABAQUS软件为激光板料成形的数值模拟提供了强大的分析平台,模拟结果与实验具有较好的一致性,对有效地进行实验具有重要的指导意义。     

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...     

脉冲红外无损检测缺陷深度定量测量的数值模拟

缺陷深度定量测量是脉冲红外热波技术定量测量的重要应用,在一维热传导理论模型基础上分析了对数温度-对数时间二阶微分峰值法计算原理。以背面有6个大小相同深度不同的平底洞不锈钢试件为例,利用Ansys模拟脉冲红外无损检测过程,采用对数温度-对数时间二阶微分峰值法计算缺陷深度。比较和分析了Ansys和脉冲红外热波实验结果,结果表明所建立Ansys模型与脉冲热波实验结果相符,可为脉冲红外热波技术缺陷深度定量测量应用提供理论依据。     

激光与材料热作用的数值模拟研究

用有限差分方法数值模拟了激光对材料加热作用的过程。建立了激光材料中激发瞬态温度场的隐格式有限差分模型，该模型考虑了激光作用过程中材料的热物理参数依赖于温度的特性，得到了材料中瞬态温度场分布曲线。获得了材料中瞬态温度场分布集中于一个非常小的区域的结论，为激光加工及激光超声的产生提供了理论基础。     

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。     

基于衍射横波的裂纹激光超声检测方法

为了评估表面开口裂纹, 采用激光超声衍射横波的方法测量其参量。激光激励的横波传播至裂纹尖端产生衍射信号, 随后被处于裂纹另一侧的传感器所接收。依据不同接收点衍射横波的渡越时间, 推导出裂纹参量的计算公式; 模拟分析了横波在工件中的传播过程, 搭建了裂纹的激光超声测量实验系统, 并采集了衍射横波数据。结果表明, 在有效的检测范围内, 测量值与实际值之间的误差在5%之内。该结果可促进激光超声在表面裂纹检测中的应用。