表面裂纹的激光超声可视化兰姆波检测研究

兰姆波在板材的缺陷检测中具有重要的地位,但兰姆波在裂纹检测过程的可视化实验研究较少。通过激光超声可视化技术,观察了激光激励出的宽频兰姆波在0.4 mm深、0.2 mm宽的裂纹上的反射和透射现象;并利用带通滤波技术,研究了不同中心频率的兰姆波在裂纹上的散射特性。结果发现:兰姆波在裂纹上发生了模态转换现象,出现了传播速度较快的兰姆波模态;并随着兰姆波频率的增加,反射兰姆波的能量增强。该研究为板中裂纹的兰姆波检测提供了实验参考。     

固体板材参数变化对超声兰姆波模式的影响

1引言超声兰姆波用于板材的无损检测已有几十年的历史,但由于兰姆波自身的复杂性,还有一些问题需进一步开展研究,如:最佳探伤参数的选取、对缺陷的定性和定量分析,等等[1-2]。通常认为,低阶兰姆波模式较高阶兰姆波有较强的稳定性,适合于对板材     

超声兰姆波层析成像在无损检测中的应用

1引言 计算机层析成像技术(Computed Tomography,简称CT)是根据物体横剖面的一组投影数据,经过计算机处理后得到物体该横剖面图像的图像重建技术.七十年代CT的出现,引起了医学上放射诊断学的革命,并产生了巨大的影响.自那时以来,CT在许多学科,诸如在地球物理勘探、射电天文学、遥感技术、无损材料检验和工业自动化等工程和应用科学中得到越来越广泛的应用.     

Kalman滤波在电容层析成像图像重建中的应用

利用Kalman滤波算法进行电容层析成像图像重建,通过不断更新测量信息提高重建图像质量。在滤波初始,需要确定重建图像灰度及估计误差方差矩阵的初值。为研究不同初值组合对重建图像质量的影响,选择3流型进行了仿真实验,获得了最佳的初值组合,并在电容层析成像实验装置上进行了静态测试,实验结果表明,与Landweber算法相比,使用最佳初值组合的Kalman滤波算法可获得更为接近真实分布的重建图像。     

超声导波用于液层负载板损伤检测的数值模拟

液层负载薄板结构的损伤检测是结构无损检测和健康监测中的一个重要问题。为寻求合适的液层负载薄板结构损伤检测信号及分析损伤缺陷对检测信号的响应,求解了双侧液层负载薄板的频散方程,计算得到4 mm双侧水域负载铝板的频散曲线,并利用有限元模拟方法研究了缺陷位置、角度及大小对铝板中检测信号的影响。研究结果表明:中心频率小于100 kHz的S0模式漏Lamb波衰减因子趋近于0,适合长距离损伤检测。此外,当缺陷的存在造成板结构的不对称性时,声信号在缺陷处发生明显的模式转换,且转换出的A0模式信号的透射系数随缺陷位置到板厚中心距离的增加而减小,随缺陷与铝板中间面的角度和缺陷长度的增加先增大后减小,并随缺陷宽度的增加而增大。     

超声导波在管材中的传播特性

文中简要地介绍了近年来超声导波在管中的研究现状,并对导波在管中的传播特性以及管材内径与壁厚之比变化时,对导波频散特性的影响进行了分析。结果表明：管材的内径与壁厚比变化时将对管中导波的模式行为产生很大的影响。当内径与壁厚之比很大时,圆管中波的模式行为与同厚度板中波的模式行为基本相同,可看作板材中的导波进行近似的分析。     

基于广义极小残差的超声层析成像算法

0前言近年来,关于超声层析成像(UPT)在多相流测量中应用的文献较多[1][2]。UPT技术在气固两相流领域测量信号微弱且易受到噪声干扰,对于具有较好鲁棒性和精度的图像重建算法提出更多要求。本文结合均值滤波提出一种基于广义极小残差(GMRES)迭代[3]的REGMRES算法。利用数值仿真算例与现有算法进行对比。验证算法的可行性,并利用主动式超声阵列传感器进行动态试验对其效果进行了验证。     

碳纤维复合材料凹槽缺陷空气耦合超声导波检测

传统的超声导波检测需要使用水或油等作为耦合剂,而有些特殊材料由于其自身原因无法使用耦合剂,使得检测受到限制.本文以碳纤维复合材料为研究对象,采用非接触空气耦合超声导波检测方法,选取0.2MHz探头频率,通过分析3种人工划槽缺陷在相同深度、不同宽度下超声回波信号的幅值变化,来研究不同缺陷大小与回波信号幅值的对应关系,为空气耦合导波在复合材料检测中的应用提供实验指导.实验结果证明了空气耦合超声导波检测的可行性和可靠性.     

经验模态分解去噪技术及其在兰姆波检测中的应用

经验模态分解(EMD)是一种新出现的处理非线性、非稳态数据的信号分析方法,通过三次样条包络分离数据的高阶成分和趋势。利用EMD的这种特性对超声兰姆波检测中的实测信号作去噪处理,并与小波去噪结果进行了对比,表明EMD去噪具有更强的自适应能力,且需知的原信号先验信息更少。     

兰姆波探伤中一些问题的探讨

对金属薄板兰姆波探伤中的一些问题进行了探讨，提出了能量沿板厚分布的计算公式。指出不能将质点位移振幅沿板厚的分布当作能量分布，不能将能量分布是否均匀作为选择最佳探伤参数的主要依据。还对薄板中兰姆波的产生、兰姆波与分层作用的机理及如何选择最佳探伤参数等问题提出了初步的看法。     

固-液-固3层结构板中超声兰姆波的频散特性

文章采用传统矩阵方法研究固－液－固3层结构板中兰姆波的传播,数值计算结果证明了用该方法分析层状材料中的兰姆波的有效性与实用性,文章计算出的多种频散曲线对超声兰姆波的应用是有益的。     

Numerical simulation of Lamb wave scattering in semi‐infinite plates

A finite element formulation is applied to study Lamb wave scattering in homogeneous and sandwich isotropic plates. Dispersion curves are calculated in a simple and automatic way by solving a quadratic eigenproblem. A meshing criterion to obtain accurate results with linear and quadratic elements is provided. An absorbing boundary condition for semi‐infinite plates is derived from this formulation by means of a truncated normal mode expansion technique, where the finite element eigenvectors are used instead of the analytical expressions for the normal modes. This non‐reflecting boundary condition is directly applicable to study Lamb wave reflection by simple obstacles such as a flat edge. In order to tackle Lamb wave diffraction problems by defects with more complex geometries, a hybrid boundary element‐finite element formulation is developed. The validity and accuracy of both formulations are checked thoroughly with a series of test problems studied by other researchers. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑材料各向异性的纤维增强聚合物基复合材料板损伤Lamb波检测和定位

超声Lamb波法是检测板状结构损伤的常用方法,然而纤维增强聚合物基复合材料（Fiber reinforced plastics,FRP）本身的各向异性会对Lamb波损伤定位的精度造成较大的影响。为了解决此问题,在传统椭圆法的基础上,提出了考虑材料各向异性的时间概率密度法的损伤定位方法。该方法通过考虑不同传播方向的A₀模态波的群速度变化,计算FRP板上任意一点存在损伤的反射波的走时,得到声波传播时间图。创建声波传播时间与实际损伤反射波走时的映射关系,可得到能表征损伤存在概率的时间概率密度图,通过相应的数值分析和实验研究,发现本方法误差比传统椭圆法误差的减小率可达到70%以上,论证本方法对各向异性FRP板损伤定位的可行性和准确性。      

管道超声导波无损检测技术应用研究

利用研制的磁致伸缩超声导波无损检测装置对长直无缝钢管、舰用锅炉U型管和弯管进行了大量试验研究．研究发现，通过对该装置中磁致伸缩传感器的放置位置及方向进行适当调整，此装置即可在管道中激发纵向导波；该技术对管道壁厚减薄、磨损或腐蚀、裂纹、焊缝等缺陷同样具有检测能力；选择低频（20～40kHz）激励脉冲信号有利于减少波的发散特性和提高缺陷的检测能力；导波在管道中传播衰减缓慢，适用于长距离、大范围、快速、非接触管道检测．     

Detection of multiple low-energy impact damage in composite plates using Lamb wave techniques

This work assesses the suitability of the two zero-order Lamb wave modes to detect multiple barely-visible impact damage in composite material. Three specimens were subjected to damage at three different low-energy levels and one was left as an undamaged reference sample. Ultrasonic Lamb wave modes were selectively generated by surface-bonded piezoceramic wafer transducers in two tuned configurations. By using an algorithm based on the Akaike Information Criterion the time-of-flight of the Lamb modes was determined, allowing their threshold detection capabilities for the studied application to be successfully benchmarked. The results were consistently validated by digital shearography, ultrasonic C-scan and optical microscopy. A study of the effects on structural integrity was completed with an assessment of the damping ratio and residual bending strength proving to be sensitive parameters to the induced damage.     

用二维傅里叶变换识别兰姆波模式的研究

本文用二维傅里叶变换信号处理进行了兰姆波模式分析。通过理论计算与实验结果的比较表明,二维傅里叶变换技术能有效地分析识别兰姆波模式。实验中,采用直探用与可变角探头作为超声波换能器做了接收宽带兰姆波信号的对比。     

Shear lag solution for tuning ultrasonic piezoelectric wafer active sensors with applications to Lamb wave array imaging

An analytical investigation of the interaction between piezoelectric wafer active sensor (PWAS), guided Lamb waves, and host structure is presented in this paper, supported with application examples. The analytical investigation assumes a PWAS transducer bonded to the upper surface of an isotropic flat plate. Shear lag transfer of tractions and strains is assumed, and an analytical solution using the space-wise Fourier transform is reviewed, closed-form solutions are presented for the case of both ideal bonding (i.e., load transfer mechanism localized at the PWAS boundary) and not ideal bonding (i.e., load transfer mechanism localized close the PWAS boundary). The analytical solutions are used to derive Lamb wave mode tuning curves which indicate that frequencies exist at which the A0 mode or the S0 mode can be either suppressed or enhanced. The paper further shows that the capability to excite only one desired Lamb wave mode is critical for practical structural health monitoring applications such as PWAS phased array technique (e.g., the embedded ultrasonics structural radar, EUSR) and the sparse array imaging. Extensive experimental tests that verify the tuning mechanism and prediction curves are reported. Examples of correctly tuned EUSR images vs. detuned cases illustrate the paramount importance of Lamb wave mode tuning for the success of PWAS based damage detection.