基于Lamb波的复合材料板损伤检测

采用二分法在MATLAB中计算并绘制了复合材料层合板中Lamb波相速度和群速度频散曲线。根据所绘制的Lamb波频散曲线,设计了合理的激励频率、激励脉冲、激励波形。在ANSYS中建立无损和有损模型,对比结构无损和有损状态下的响应信号,计算损伤信号飞行时间和Lamb波群速度,判断损伤位置。     

利用Lamb波的薄板结构多点损伤识别试验

目的 提出一种改进的小波-椭圆损伤定位算法,利用该算法进行薄板结构的多点损伤识别.方法 利用Lamb波在薄板结构中的传播特性,将粘贴在铝板表面的压电陶瓷片作为驱动器和传感器,在铝板结构中激发出Lamb波并实时接收响应信号.通过人工模拟铝板中的孔洞类缺陷,对采集到的损伤前后波形进行对比.结果 得到了Lamb波的传播速度、响应信号的小波变换结果以及损伤前后信号的到达时间延迟.还得出了损伤位置的试验值,与实际损伤位置吻合较好.结论 Lamb波主动监测技术可以有效地识别薄板结构的损伤,适合于薄板金属结构的损伤识别和健康监测.     

基于Lamb波的铝板损伤定位检测方法

针对用基准信号和散射信号的差异来识别损伤会因实验环境的变化而造成损伤定位精度差的问题,提出了一种四点圆弧法结合时间反转聚焦原理的损伤定位检测方法,并通过仿真与实验分别进行了验证.首先分析了Lamb波的传播特性并推导了波动特征方程,用MATLAB进行了求解并绘制出频散曲线.然后利用ABAQUS来仿真Lamb波反转聚焦信号...     

周向导波对各向异性圆柱板纵向缺陷检测的有限元模拟

为了更有效地使用超声技术检测各向异性管道中纵向缺陷,采用正交多项式级数的方法计算了正交各向异性均匀无限长管道中的周向导波的频散曲线,并通过有限元模拟验证了前两阶模态的群速度．根据对群速度频散曲线和位移分布的分析,找出了适合各向异性圆柱板中纵向缺陷检测的频率及模态,通过有限元模拟实现了纵向缺陷的检测及定位．     

基于压电陶瓷片的Lamb波单模态激励及缺陷检测的实验研究

为了激励Lamb波单一模态的S0和A0,采用2个相同的直径14 mm、厚0.8 mm的压电陶瓷片对称粘贴在2 mm厚的有机玻璃板上作激励传感器,在另一位置布置同一尺寸的压电陶瓷片作接收传感器.采用一发一收法,在低于100 kHz的频段内,激励传感器在板中分别单片、2片对称和反对称并联激励Lamb波,分析接收信号中模态成分的变化.并在此基础上,采用3种不同的激励Lamb波的方式对板中模拟缺陷进行了检测.实验结果表明,在一定频段内,对称并联激励压电陶瓷片可以有效抑制A0模态,得到较为单一的S0模态,而反对称并联激励压电陶瓷片能有效抑制S0模态,得到较为单一的A0模态;激励的Lamb波信号中模态越单一,缺陷回波越易识别.     

界面缺陷对压电薄层复合结构中Love波的影响

基于剪切弹簧模型,建立考虑界面缺陷情形的弹性基底上覆盖压电薄层的复合结构中Love波的频散方程,并研究界面缺陷对Love波传播特性的影响,给出铝基底上覆盖PZT4压电薄层复合结构中Love波的频散曲线.数值结果表明:(1)对于长波情形,不同缺陷程度复合结构的Love波一阶模态的相速度均趋于弹性基底层的剪切波波速,而对于短波情形,则趋于压电薄层的Bleustein-Gulyaev(B-G)波波速;(2)界面缺陷的存在总是降低该复合结构内Love波的相速度,在一些特殊频率范围,Love波的相速度对界面缺陷非常敏感;(3)界面缺陷对压电层内的机械位移模态和电势模态有显著影响,且影响最大区域出现在界面附近.     

瑞雷波频散曲线的分模态提取与联合反演

瑞雷波在层状介质中传播具有频散特性,利用地震记录中的面波信息,提取面波的频散曲线,反演可以建立近地表的横波速度结构模型.本文建立了一个理论地质模型,理论合成面波地震记录,研究了频率波数域中而波频散曲线的分模态提取,并利用等厚分层阻尼最小二乘反演方法对面波各模态的频散曲线进行了分模态反演和联合反演.反演结果表明:瑞雷波基阶频散曲线的浅层(＜10m)反演结果与理论模型吻合最好,一阶高阶频散曲线在15～30m的反演结果与理论模型吻合最好,联合反演在整个深度范围内都可以很好的吻合理论模型,且反演结果的相对误差要低于分模态反演.     

模态耦合对弯管导波传播特性的影响分析

弯管导波频散曲线呈现出特殊的模态耦合现象。在模态耦合区域,导波群速度频散曲线发生突变,一个模态分裂为两个模态。而模态耦合现象对弯管导波传播的影响还不清楚。作者就这一问题开展研究。首先,基于半解析有限元法计算弯管导波频散曲线,确定了导波的模态耦合区域。其次,采用有限元模拟方法,考察激励频率位于模态耦合区域的导波通过弯管时的变化情况。最后,采用频谱分析和频散补偿算法分析了模态耦合对弯管导波传播特性的影响。研究表明,模态耦合并不会因为频谱的缺失而导致导波反射信号增大;模态耦合对弯管导波传播的主要影响是极大地增强了导波信号的频散。     

基于Lamb波的铝板损伤定位检测方法

针对用基准信号和散射信号的差异来识别损伤会因实验环境的变化而造成损伤定位精度差的问题,提出了一种四点圆弧法结合时间反转聚焦原理的损伤定位检测方法,并通过仿真与实验分别进行了验证。首先分析了Lamb波的传播特性并推导了波动特征方程,用MATLAB进行了求解并绘制出频散曲线。然后利用ABAQUS来仿真Lamb波反转聚焦信号并得到时间延时,进而计算损伤位置到传感器的距离,再利用四点圆弧法进行损伤位置的定位。最后,为了验证仿真结果的准确性,对薄铝板中的损伤进行了实验验证。实验和仿真结果表明:该方法能简单有效的识别损伤位置,检测到的损伤位置最大误差率不超过3.7%,具有较高的定位精度,提高了铝板的损伤定位检测精度。     

单水滴附载的Lamb波宽频Chirp激励成像研究

为研究水滴附载效应对Lamb波传播特性的影响,基于Lamb波与不连续介质相互作用的远场散射原理,采用稀疏传感器阵列对单水滴附载的远场散射信号进行试验监测,研究宽频Chirp激励方法和窄带响应的滤波提取算法,优化选取对表面水滴敏感的Lamb波模态和成像中心频率、调制周期数,最终实现对不同体积水滴的椭圆算法定位成像.结果表明:水滴附载对Lamb波A0模态的传播特性影响显著,即使微小的单水滴附载亦会对监测信号产生较大影响.椭圆算法可实现单水滴附载的定位成像,成像质量除受水滴体积大小影响外,成像颜色带宽的设置亦与成像质量息息相关.     

Lamb波频散曲线的数值计算及试验验证

Lamb波的频散曲线是进行超声Lamb波无损检测的重要依据.本文对Rayleigh-Lamb方程进行了分析,给出了无限大板中Lamb波频散曲线的数值计算方法,通过Matlab 软件对求解过程进行编程,绘制出Lamb波在铝板中传播的相速度和群速度曲线,并通过试验进行了验证,对推广应用Lamb波进行无损检测具有实际意义.     

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.     

理想结合两层无限大弹性板中波的传播

针对理想结合的两层无限大弹性板，研究了Lamb波的传播特性.从基本特征方程式出发，理论上导出了两组非耦合的求解截止频率的方程式；利用泰勒展开技术，给出了长波区域弯曲振动模式和伸缩振动模式的弥散曲线渐近表达式；利用行列式运算规则，得到了弥散曲线在短波区域的渐近行为.数值计算表明，两层无限大弹性板频谱曲线图上存在且只有两个分支通过原点；在相速度谱曲线上，长波区域存在且只有一个极限相速度，在短波区域有两条分支分别趋近于两种板的Rayleigh波波速.     

激光在楔形金属板中激发超声导波的实验研究

介绍了利用激光超声技术对楔形金属板材进行检验的实验方法和装置,研究了激光在楔形金属板中激发超声导波的规律,得到了超声导波在不同角度楔形金属板中传播时波形的变化特征。当楔形板角度较小时,波形具有Lamb波的特征;角度较大时,波形失去Lamb波的特征,更多表现出Rayleigh波的性质。并指出随板厚增加,导波高阶模态的出现是导致波形发生改变的原因。     

横观各向同性成层地基中Love波弥散特性

本文利用有限单元法及解析法推导了横观各向同性土中Ｌｏｖｅ面波的弥散曲线及位移分布的计算公式，对横观各向同性地基中Ｌｏｖｅ面波的弥散特性及位移分布规律进行了讨论，并与各向同性地基Ｌｏｖｅ面波弥散曲线进行了比较。     

利用Love波弥散特性对有关土参数的反分析

本文利用阻尼最小二乘法推导了Love面波法反分析成层地基中土的有关参数的公式。文献[1]利用有限元与半无限元相结合的方法已能精确有效地求解成层地基中Love面波的理论弥散曲线。在此基础上,本文给出了利用实测的Love面波的弥散曲线反分析土层参数的方法,并编制了相应的计算机程序。最后,通过计算实例验证了本文方法的可靠性和实用性。     

有界双层结构SH导波频散特性分析

为了检测附着防腐层层状结构中是否存在剥离、孔洞等缺陷,利用超声SH导波研究层状结构频散特性的影响因素,基于弹性及粘弹性波动理论并依据Navier运动位移方程推导了附着防腐层双层结构的频散方程,并分析了防腐层剥离缺陷状态对频散特性的影响.结果表明:通过研究SH导波频散特性的变化可反映附着防腐层的双层结构是否存在剥离缺陷;防腐层产生剥离缺陷时,导波SH_0模态发生频散且向防腐层横波速度渐近.防腐层剥离缺陷尺寸增大,回波信号幅值增加,截点振动速度变慢,导波能量衰减减小.     

基于超声波的钢板防腐层剥离检测方法

针对管道防腐层破损和剥离的检测问题,从钢板防腐层模型出发,提出了一种基于超声波的钢板防腐层剥离检测算法.该算法利用兰姆波在单层介质和双层介质中的传播特性,得出了不同传播介质与超声波传播速度变化的关系.在有限元仿真软件ANSYS环境下构建了裸钢板模型及外壁涂有防腐层的钢板模型,分别在这两种模型下进行受力振动产生超声波,并对超声波的传播速度进行对比分析.通过仿真计算得出,超声波在有防腐层钢板中比在裸钢板中的传播速度慢,根据仿真模型搭建实验平台,验证了仿真结果的正确性,从而可进行基于超声波的钢板防腐层剥离检测.