基于平底孔反射体的双晶直探头测量模型

双晶探头在无损检测领域有着重要的应用,因而有必要建立一个超声测量模型来深入了解这类换能器的特点.通过将一个基于传递矩阵的多高斯声束模型和一个基尔霍夫近似方法获得的散射模型有效结合,建立了一个完整的纵波双晶直探头测量模型,用于预测平底孔缺陷体的回波信号.对比分析了平底孔反射回波信号的模型计算结果与实验测量结果,验证了该测量模型的准确性. 关键词： 超声测量模型 双晶直探头 多高斯声束模型     

JTS-7智能超声波探伤仪

上海超声波仪器厂新近研制成功的JTS-7型智能超声波探伤仪是一种便携式智能A型脉冲反射式超声探伤仪,它适用于焊缝、锻件、型村等金属材料和部分非金属材料工件的超声探伤,还可用于一些材料的声速及厚度测定。仪器内装有的八位微机系统使仪器具有下列特点: 1.自动检测回波波幅、回波声程,并计算缺陷波波幅当量、缺陷中的位置。 2.新颖的CRT字符显示功能使探伤者对声速、波幅、波幅当量、回波声程等数据值探伤的A型图形一目了然。     

轴类超声检测的波束扩散成像*

大型轴类工件安装完成后通常只能从其端面进行检测,危害性的裂纹类缺陷不易检出,针对上述问题,本文提出了轴类对象基于波束扩散的端面网格化超声检测层析成像方法,搭建了轴类超声检测试验平台,在端面对其内部的平底孔缺陷进行检测,基于波束扩散设计叠加算法进行数据处理,然后根据结果重构出代表每个深度内部信息的伪彩色横截面图像,以方便快速识别内部缺陷位置和范围。与常规方法对比得出,基于波束扩散的叠加算法处理数据成像质量更佳,提高缺陷检测灵敏度达到12dB以上。     

声表面波检测铝板表面微缺陷深度实验研究

为了探究声表面波与不同深度微裂纹缺陷相互作用的关系,将脉冲激光作用于一系列不同缺陷的试件铝板上进行线光源激励,激发激光超声波。用超声传感器接收在铝板中传播的激光超声信号,通过数字荧光示波器采集激光超声在铝板中的传播数据。对采集到的反射波数据进行分离谱分离过程得到的铝板中激光超声的时域分布和透射波数据进行频域分析。实验发现:缺陷深度影响着反射回波两峰值特征点到达时间差,两者之间近似线性关系,也影响着透射波的截止频率且二者呈现递减关系。     

超声探头的响应特性及暂态回波模型

建立检测系统的数学模型,可以更好地理解超声检测的物理本质。分析了超声波从产生、介质中传播、缺陷耦合以及接收的全过程,将缺陷回波表示为探头响应函数与缺陷响应的时域卷积。利用空间脉冲响应和基尔霍夫近似建立了超声波与平面型缺陷的耦合模型,用大平面试块底面回波和大平面响应进行反卷积求得了探头的响应函数,并详细分析了探头在不同偏置位置时不同大小缺陷响应的特点,发现缺陷回波由直达回波和边缘回波组成,直达回波和边缘回波极性相反,且直达回波的幅值远远大于边缘回波。      

基于等效弹性模量的微裂纹-超声波非线性作用多阶段模型

提出了一种基于等效弹性模量的微裂纹-超声波非线性作用多阶段模型.该模型将微裂纹微观层面的界面几何特征和宏观层面的界面相对运动统一为介观单元弹性模量的变化,利用等效弹性模量表征损伤区域的"应力-应变",然后利用分段函数来描述微裂纹-超声波非线性相互作用,最后通过有限元仿真对波动方程进行求解,验证了模型的有效性,获得了超声波在经过微裂纹后传播的非线性波动规律.仿真结果表明本文提出的模型相比于双线性刚度模型、接触面模型,能更好地体现一个谐波周期内超声波经过微裂纹损伤区域时波形会发生畸变.同时,仿真实验还分析了裂纹倾角、裂纹长度和超声波激励幅值对超声波经过微裂纹后产生的二次和三次谐波的幅值的影响.最后,对比分析了该模型的仿真计算结果与实验测试结果,表明本文提出的多阶段模型与实验测试均能较好地体现微裂纹-超声波非线性作用产生的二次谐波信号,且结果基本一致,验证了模型的有效性.该模型为开展超声波非线性效应定量检测微裂纹提供了一种新的仿真手段.     

激光激发声表面波在缺陷板材中散射过程的有限元分析

利用有限元法模拟了金属板材中激光激发的声表面波经过缺陷位置时发生散射的瞬态过程,采用线状激光源作为超声导波的激发源.针对三种不同深度的表面缺陷以及三种亚表面缺陷的模型进行了对比计算,结果显示缺陷的深度及位置对声表面波的时域特征存在显著的影响.表面缺陷深度越深将产生较大幅度的表面反射回波,亚表面缺陷的影响将取决于缺陷上顶面距离板材上表面的距离.因此,数值模拟结果表明通过分析激光产生的表面波形可以判定近表面缺陷的尺寸和所处的位置.     

二维超声阵列换能器声场的两种时域仿真模型比较

针对二维超声阵列换能器的声场仿真,以xMATRIX超声换能器结构为原型,设计仿真实验对分割阵元空间脉冲响应模型和离散点阵代表模型的计算精度、计算效率、影响参数和适用场合进行了分析比较.结果表明,分割阵元空间脉冲响应模型计算速度快,精度高,对阵元尺寸、阵元间距、聚焦深度及阵元高宽比例敏感,广泛应用于均匀介质中的声场仿真....     

斜入射SH波厚壁管道内壁裂纹检测方法研究

厚壁管道常被用于军事装备及其他流程工业中，长期使用后内壁会产生较多微裂纹，成为影响构件安全运行的重大隐患。为此，本文针对厚壁管道内壁裂纹难以检测的问题，提出基于斜入射SH(Shear Horizontal)波的厚壁管道检测方法，对厚壁管道内壁不同深度的裂纹进行检测。本文首先对斜入射SH波的激励原理进行分析，建立声场模型优选激励频率，研究斜入射SH波与厚壁管道内壁裂纹径向深度的作用规律，并通过实验对仿真结果进行验证。研究结果表明，斜入射SH波对该型管道最佳检测频率为1MHz；随着裂纹径向深度增加，缺陷回波幅值呈现曲折型上升；斜入射SH波可有效对厚壁管道内壁轴向长8mm，径向深1mm和周向宽1mm的微裂纹进行检测，验证了斜入射SH波厚壁管道内壁裂纹检测方法的科学性和可行性。     

圆柱空腔上裂纹的爬波检测方法

通过牛顿迭代法求解了固体内部圆柱空腔上爬波的频散方程,分析了爬波的频散和衰减特性。利用动态光弹法显示了爬波的直观图像和圆柱空腔附近各散射波的空间关系。根据爬波具有的频散、衰减以及辐射横波特征,设计了斜入射脉冲回波实验装置,测量了特定位置处裂纹反射爬波辐射出的横波信号,其与柱面反射波的时差和理论预测一致。进一步实验研究发现,爬波回波幅度与特定位置的裂纹长度具有近似单调的对应关系,在裂纹长度较大时,回波幅度趋于稳定。以上工作为圆柱空腔上裂纹的爬波定量检测提供了物理基础和实现方法。      

薄壁管道内壁缺陷的周向导波检测

采用半解析有限元法计算圆环周向导波频散特性,群速度的计算可以不依赖于相速度。以外径202 mm,内径200 mm的铝环为例,计算了其在2.5 MHz频率时最低阶模态的相速度、群速度和振型。进一步设计了实验方案,对选定模态导波分别经过无裂纹和径向深0.5 mm的内壁裂纹的铝环的回波波形进行了分析,通过回波的时间与声程计算群速度进而确定模态。结果表明,裂纹缺陷处会发生模式转换,通过反射回波可以较精确的定位铝环内壁的单一缺陷。      

焊接薄板中S0兰姆波对槽型缺陷响应特性的数值研究*

采用数值仿真方法,就焊接薄板中S_0兰姆波对槽型缺陷的响应特性以及焊缝对S_0兰姆波槽型缺陷检测灵敏度的影响开展了数值研究。数值仿真结果表明,S_0_R信号(经槽型缺陷反射的S_0兰姆波回波信号)的反射比率随槽型缺陷深度的增大而单调增加;S_0_R信号的反射比率随槽型缺陷宽度的变化呈非单调变化关系,可将S_0_R信号的反射比率及其持续时间一并加以考虑,以评价槽型缺陷宽度的变化。随着焊缝余高的增加,S_0兰姆波对槽型缺陷的检测灵敏度将降低;随着焊缝宽度的增加,S_0兰姆波对槽型缺陷检测灵敏度的影响并不明显;相比之下,焊缝余高是影响S_0兰姆波槽型缺陷检测灵敏度的主要因素。研究结果表明,将S_0兰姆波用于检测隐藏于焊缝背后的槽型缺陷,是具有可行性的。所得结果对于发展焊接薄板的超声兰姆波无损检测技术,具有一定的理论指导意义和实际参考价值。     

超声相控阵距离幅度曲线计算方法

超声相控阵偏转聚焦声场能量分布不均匀,造成不同位置的缺陷回波幅度差异,针对该缺陷量化问题,提出超声相控阵系统距离幅度曲线理论计算方法。在非近轴近似声场模型的基础上,结合缺陷散射模型来建立相控阵系统测量模型,再利用该方法来预测不同位置横通孔缺陷的回波信号,进而获得信号幅度随位置的变化曲线。分析对比了不同偏转聚焦声束理论计算结果与实验测量结果,两者幅度在焦点附近具有较好的一致性,偏差在5%以内,验证了超声测量模型计算方法的有效性。      

高声阻层下指纹的高频超声成像实验

分析了高频超声波垂直透过5层不同厚度介质的传播特性,利用传递矩阵推导出超声波在此多层结构的零界面处反射系数与各层介质厚度关系的解析表达式,用解析解做数值模拟,并用COMSOL有限元仿真验证,得到了超声回波在时域上的声学特征.使用高频超声换能器激发与采集分层介质中的超声宽频信号,得到玻璃层和模拟指纹层间反射回波中带有指纹特征的信息,形成了高精度超声指纹图像.     

利用激光超声技术研究表面微裂纹缺陷材料的低通滤波效应

利用激光激发声表面波的理论模型,研究了被激发宽带声表面波在具有表面微裂纹缺陷金属材料上的传播特性.对具有不同形状的表面缺陷模型进行了数值分析.结果表明:表面微裂纹缺陷有明显的低通效应,缺陷深度越大高频截止频率就越低,缺陷深度与低通滤波的截止频率呈近似线性关系;缺陷的宽度增大对表面波透射能量有明显的衰减作用. 关键词： 激光超声 声表面波 有限元方法 低通滤波器     

浅海波导中目标散射的简正波-Kirchhoff近似混合方法

提出了计算浅海波导中复杂目标散射的数值方法:简正波-Kirchhoff近似混合方法。通过把目标散射的Kirchhoff近似方法和简正波声传播模型相结合,可对大尺寸复杂目标在浅海波导中的散射声场进行计算。以浅海波导中刚性球体散射的解析解为标准解验证了本方法,说明简正波-Kirchhoff近似混合方法是有一定计算精度的工程预报方法。数值计算Pekeris浅海波导中球体目标散射声场在深度-频率平面和距离-频率平面上的二维干涉结构及其与自由空间中的差异。进而通过FFT获得目标时域回波随深度的分布图,分析浅海波导中目标姿态、声速剖面对Benchmark潜艇目标散射的影响。      

离心压气机内激波/叶排相互作用

对根部存在疲劳裂纹的某跨音离心级进行了非定常流场数值研究,其中着重关注运动激波／叶排相互作用物理图画及其影响。研究表明:离心压气机中运动激波／叶排相互作用仍然服从一般激波／固壁相交行为规则;叶轮／扩压器间距小以及叶轮尾迹相对较宽造成扩压器内激波剧烈变化;扩压器前伸波深入叶轮通道深度由激波强度及扩压器前缘附近叶表形状决定;扩压器前伸波与叶轮尾缘相互作用可能是本叶轮根部尾缘发生高周疲劳的原因。     

用于铝板缺陷无损检测的激光超声有限元模拟研究

激光超声技术能够在材料表面形成超声波，是实现材料缺陷无损检测的重要环节。借助Abaqus有限元分析工具，基于激光超声热弹机制建立了轴对称铝板的表面缺陷模型，模拟了激光激发产生的表面波在材料中的传播特性及其与铝板缺陷的相互作用过程。数值模拟实验表明，铝板表面缺陷的分布深度值越大，反射波越强，并且当缺陷深度达到一定程度时，反射波的幅值趋于稳定；但缺陷的分布宽度对于反射波的影响则十分有限。所得结论为基于激光超声的材料缺陷的定量检测及识别提供有效的理论依据。     

不同介质中超声波传播速度测量方法之比较

基于共振干涉法、相位法和反射回波法测量了空气和水中超声波的传播速度,比较了三种方法的优缺点,共振干涉法和相位法可测量气体和液体中的声速,反射回波法可测量液体和固体中的声速;相位法误差最小,共振干涉法误差相对较大。共振干涉法研究了示波器接收的交变电压随传播距离的变化规律,计算得空气和水中超声波的损耗系数分别为0.01381、0.01829,超声波在水中的损耗较大。使用Origin软件直线拟合,对实验结果进行分析和评价。     

超声无损检测和无损评价的一种新方法研究

本文基于对超声后向散射回波信号的希尔伯特变换提出了无损检测和无损评价的一种新方法.利用这种方法,除了得到回波信号的振幅信息外还要得到相位变化信息,即瞬时频率.本文从理论到实际讨论了瞬时频率和材料特性之间的明确的定量关系,利用瞬时频率的分布和它在被测范围内的平均值,可以表征材料特性和缺陷性质.文中给出了模拟计算结果以及对粗晶材料、复合材料粘接强度、平底孔缺陷的实验结果,证明此方法切实可行,有应用前景.