二维蜂窝晶格钢/水声子晶体能带结构

利用平面波展开法研究了钢柱按蜂窝晶格周期排列水中构成二维钢/水声子晶体的能带结构,并详细推导了蜂窝晶格的2种结构因子.基于超声浸水透射技术,沿着第一简约布里渊区2个高对称方向测试声子晶体的带隙.实验结果表明,第一完全带隙频率范围与理论计算结果相吻合.     

基于椭圆散射体的二维三角晶格声子晶体带隙

采用降低对称性改变带隙宽度及位置的思想,以椭圆柱体代替圆柱体构成二维三角晶格钢/空气声子晶体,利用平面波展开法计算其能带结构.结果表明,由于采用椭圆柱体降低了散射体的对称性,从而打开一条新的低频带隙,并且在一定的填充率范围内获得更宽的带隙.此外,散射体截面越接近于圆越容易打开高频带隙;反之,散射体的椭圆截面越扁,越利于打开低频带隙.该研究为声子晶体在低频减振和噪音控制的工程应用方面提供了一种思路.     

利用开口矩形波导探头进行热障涂层微波检测的参数优化设计

利用CST微波工作室(computer simulation technology microwave studio)仿真研究用矩形波导作为探头检测热障涂层厚度的可行性,并对波导探头进行仿真计算,分析提离距离对反射系数幅值和相位差的影响.结果表明,在特定的提离距离时利用反射系数的幅值和相位差都可良好地表征涂层的厚度。     

相控阵超声水浸C扫描自动检测系统的研制

针对超声C扫描声波信号受噪声等外界因素干扰,使超声成像对被测试件细节展示不足的问题,以及快速扫查中信号处理高效性的要求,提出运用自回归（auto-regressive,AR）模型频谱外推法,提高超声C扫描图像的质量.相对于传统的信号处理方法,可以更加快速、有效地改善超声波信号的信噪比和时间方向的辨识度.AR频谱外推法通过设定频窗宽度,截取一段频谱作为初始值,用Burg算法计算AR模型参数,再经外推构建AR模型,得到递推频谱,最后利用反傅里叶变换得到递推后的时域波形.以处理仿真信号为例,讨论了频窗宽度和起始频率的选取对信号处理结果的影响.分析结果表明,使用AR频谱外推法,显著改善了超声波信号的信噪比和时间方向的辨识度,3~10 dB频窗范围内平均的结果优于其他固定频窗的处理结果.利用该方法对硬币表面及电子芯片成像实验数据进行处理,并对不同处理方法得到的C扫描图像进行对比,结果显示使用AR频谱外推法所得C扫描图像更加清晰、对比度更高、边界更分明,且成像过程耗时更少.研究结果将有效提高超声C扫描的成像质量及工作效率.

     

正交各向异性空心圆柱体中的纵向导波

基于三维线弹性理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了正交各向异性材料中纵向导波的耦合波动方程,并对耦合波动方程进行了数值求解。首先,为确定方法的适用性和准确性,利用Disperse软件求解各向同性空心圆柱体中纵向导波的频散曲线,并将其与勒让德正交多项式展开法求解结果相对比,二者结果完全一致。然后,讨论了勒让德正交多项式截止值对轴对称导波频散曲线收敛性的影响,并从数值计算的角度分析了产生影响的原因。最后,针对碳纤维缠绕的复合材料空心圆柱体,分别求解纵向、扭转和弯曲三种不同模态纵向导波的相速度频散曲线。计算了不同径厚比下的弯曲模态相速度频散曲线,分析径厚比的变化对频散曲线的影响。     

板中孔状缺陷的超声导波检测试验研究

为了实现对板类结构的主动健康监测,采用附着在结构上的压电陶瓷晶片激励和接收导波模态,选取合适模态用于板中缺陷的识别和评估.理论分析结果表明,在低频范围内,相对于A₀模态,以面内位移为主、频散小的S₀模态更适合于铝板的缺陷检测.利用直径11 mm,厚0.4 mm的压电陶瓷晶片在1 mm厚的铝板上激励和接收得到适合缺陷检测的频率300 kHz的S₀模态.在此基础上,在铝板中加工一孔状缺陷,分析了S₀模态的缺陷检测能力,并进一步研究了缺陷直径对接收到的导波信号幅度的影响.实验结果表明,利用一发一收法得到的Lamb波模态可以用于铝板中的缺陷检测,并且缺陷回波的幅度可实现对缺陷大小的表征.     

镁合金力学性能退化非线性超声离线检测实验研究

针对金属材料的早期力学性能退化问题,研究了金属材料超声非线性系数测量方法,发展了一套超声非线性系数测量实验系统.在相同条件下测得同一试样在不同输入电压下的二次谐波和基波幅值平方近似为线性关系,表明实验系统是可靠的.同时,利用该系统对在不同准静态拉伸和疲劳退化程度下的镁合金试件进行了非线性超声检测实验,超声非线性系数在金属材料进入塑性变形阶段和疲劳寿命的30%以后,对力学性能退化具有很高的灵敏度.因此,超声非线性系数可以很好地表征镁合金的早期力学性能退化,对于材料和结构的早期力学性能退化的无损检测和疲劳寿命预测均具有潜在的应用价值.     

用于激励超声导波的任意波形发生器

通过PC机编程生成试验所需的高频调幅信号,分别经RS232串口及IEEE488并口发送给任意函数发生器HP33120A,经函数发生器接收、处理后,输出所需超声波激励信号;着重研究了PC机与任意函数发生器之间基于RS232与IEEE488接口的数据通信以及信号频率与周期的可调整性;成功地实现了汉宁窗、高斯窗调制的任意频率单音频信号的产生,达到了任意波形发生器的功能.     

Ultra 2020功率放大器的计算机控制

为了调节Ultra 2020功率放大器以用于超声信号的放大,针对一般情况下功率放大器的放大倍数无法调节的特点,利用PC机、Powernap数据采集板及Visual Basic语言编制软件,完成了对Ultra 2020功率放大器的实时控制,不仅可以调节功率放大器还可以对其参数状态监控,其特点是输出功率稳定、可控,使用方便、应用界面友好.并为下一步用超声寻波监测试件奠定了一部分实验基础.     

管道超声导波检测中信号选取的实验研究

为了研究信号选取对缺陷检测的影响,激励4个不同周期数但中心频率均为120kHz的单音频信号,对长7.12m的管道中的单缺陷进行了检测.检测结果表明,20个周期的单音频信号适合检测该管道中的缺陷.当单音频信号周期数较小时,激励的L(0,2)模态波形较窄,频带较宽,信噪比较低,并且当该模态遇到缺陷后,反射的一些转换模态(如弯曲模态)频散严重,不利于模态识别和缺陷检测.当周期数逐渐增加至一定数基时,L(0,2)模态频带变窄,频散程度变小,信噪比更高,有利于管道的缺陷检测.周期数过多,尽管模态控制较好,但各缺陷回波波形持续时间较长,彼此之间容易相互叠加,反而影响缺陷定位和识别.