微带贴片天线应变传感器优化设计研究

承载部件作为高端装备中最常见的结构单元,在役过程中受载荷和应力集中影响极易萌生裂纹,导致结构失效,实时监测结构关键部件的应变状态对保障结构健康至关重要。基于微波无损检测技术,揭示了矩形微带贴片天线的辐射元尺寸对其固有谐振频率的影响规律,探究了微带贴片天线谐振频率与应变的相互作用机理。矩形微带贴片天线可激发单频和双频谐振频率,改变矩形辐射元的长度或宽度,其谐振频率会发生频移。实验结果表明,当对金属接地板施加一定拉应力时,贴片天线几何尺寸会发生改变,其谐振频率也随之发生偏移,据此可推算出金属接地板的应变大小,这对关键承载部件的应变和裂纹实时监测具有重要的研究意义。     

基于PZT的新型柔性梳状表面波传感器研究

针对厚壁管道表面缺陷检测,研究了一种基于PZT的柔性梳状表面波传感器。首先,采用有限元仿真的方法对钢板和厚壁管道上等间距梳状表面波传感器的阵元间距、阵元宽度、阵元个数、阵元长度进行了优化,以及阵元个数和阵元长度对传感器指向性的影响进行了研究,并通过优化选取背衬材料、设计背衬厚度,改善了表面波信号的拖尾现象;其次,根据仿真结果研制了新型柔性梳状表面波传感器,并进行了性能测试实验,实验结果与仿真结果吻合较好。通过仿真优化,得到当传感器阵元间距为λ_R(λ_R为相应表面波波长),阵元宽度为λ_R/2,阵元个数为5时,传感器表面波信号拖尾较小,能量较为集中。实验表明,根据仿真参数研制的梳状表面波传感器具有良好的指向性,并且能够实现厚壁管道表面缺陷的检测。     

有机材料热老化损伤非线性超声检测试验研究

针对有机材料热老化评价问题,利用二次谐波非线性效应对有机材料热老化进行检测试验研究. 在考虑基波与二次谐波幅值随频率变化的基础上,提出了一种非线性损伤因子,并将其应用于有机材料热老化损伤评价.对不同热老化有机材料试件进行了非线性超声检测试验. 研究发现:随着热老化时间的增加,其非线性损伤因子呈衰减趋势. 因此,提出的非线性损伤因子可用于有机材料热老化损伤评价.     

原子力显微镜悬臂梁在超声波激励下的动力学仿真

运用有限元方法对原子力显微镜的悬臂在超声激励下的振动行为进行数值计算,对实验结果进行预估,并将计算结果与超声原子力显微镜实验方法获得的谐振频谱进行对比,仿真结果与实验结果吻合,验证了仿真方法的可靠性.同时,分析了悬臂上探针的位置对谐振频率的影响.结果表明:悬臂梁振动的谐振频率随着接触刚度的增大(减小)而增大(减小),随着探针位置与悬臂固定端的距离的增大(减小)而减小(增大).     

超声导波任意波形脉冲激励源的设计与实现

根据适用于激励超声导波的信号的特征,在改进直接数字频率合成器(DDS)结构的基础上,运用DSP+ FPGA等工具设计出适合导波检测用的任意波形脉冲激励源.该激励源可根据实际检测条件调整激励波形的类型且激励信号中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置.经实验验证,此激励源能生成导波检测所需要的各种波形信号,且能扩展...     

频散补偿在导波缺陷形状辨识上的应用

针对超声导波具有的频散特性,导致导波缺陷检测信号波包在结构中传播时发生的展宽及衰减现象,研究了如何利用频散补偿技术对检测信号进行处理,将被频散特性淹没的缺陷信息再现,以实现缺陷形状的辨识问题.在进行实验验证的过程中,利用导波检测管道中的双槽形人工缺陷,通过改变端面加载的压电传感器位置,接收一组时域回波信号,根据波数-频率关系对导波传播过程中的频散进行补偿后,再现缺陷的形状特征.     

单晶硅多晶面表面波波速曲线超声测量方法

随着晶体材料在航空航天、交通、电子电气工程、能源和环保等领域的广泛应用,对材料特殊性能的研究和检测工作也提出了新的要求。基于声波在材料中传播特性与材料力学性能之间的本构关系,建立单晶硅弹性常数矩阵与表面波波速之间关系的声弹性理论模型,并利用晶面的转换矩阵得到不同晶面下,表面波波速随角度变化的理论曲线。基于线聚焦超声换能器、高精度散焦测量系统和V(f,z)分析法获得单晶硅三个晶面沿不同角度的表面波波速变化曲线,试验测量结果与理论曲线相吻合,表明超声显微镜技术在各向异性材料表面波波速测量方面具有很高的精确度和可靠性。同时,论文还研究了单晶硅的晶体结构与表面波波速之间内在对应关系,为单晶硅等各向异性材料的性能检测与评价奠定了理论与试验基础。     

塑料薄膜基上镀纳米SiOx涂层的表征及性能研究

本文利用等离子体气相化学沉积(PECVD)的方法,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜上制备了纳米厚度的SiOx涂层。使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)和超声原子力显微镜(UAFM)对纳米厚度的SiOx薄膜进行表征。利用AFM和UAFM,可以得到SiOx薄膜的形貌和超声幅值成像。尤其是本文使用的新方法UAFM,可以表征表面和次表面缺陷。同时,本文实验研究了,镀SiOx的PET和BOPP薄膜的拉伸性能、接触角和阻隔性。结果表明,SiOx涂层提高了塑料薄膜的阻隔性、拉伸性能。     

基于随机振动响应谐振频率偏移的绝缘子无损检测方法

针对电力系统绝缘子安全检测需要,提出一种基于随机振动响应谐振频率偏移的绝缘子无损检测方法。利用Abaqus有限元仿真软件,进行了绝缘子振动模态和随机振动响应分析。根据支柱陶瓷绝缘子断裂位置多发生在其上下法兰附近的实际情况,对无缺陷绝缘子和上、下法兰区有裂纹绝缘子的随机振动响应进行了数值仿真和检测试验研究。结果表明,可以通过绝缘子随机振动响应的谐振频率偏移进行绝缘子无损检测,即上部法兰区的裂纹会导致谐振频率向高频偏移,而底部法兰区的裂纹会导致谐振频率向低频段偏移。在此基础上,通过数值仿真研究了裂纹深度对谐振频率偏移的影响。     

弯管缺陷超声导波检测的有限元分析

为了利用有限元方法对弯管缺陷进行超声导波检测,阐述了建模、加载及后处理在有限元方法中的具体实现过程,并且对导波在带单缺陷及双缺陷的90°弯管中的传播分别进行了数值计算．计算结果与实验结果基本吻合,表明利用有限元方法可以对弯管缺陷导波检测进行有效的数值模拟．