基于多通道时间反转Lamb波的铝板小缺陷检测

超声Lamb波具有传播距离远、衰减小等特点,广泛应用于板结构的无损检测。将Lamb波检测技术与时间反转理论相结合,能提高铝板中小缺陷的检测能力。采用多通道时间反转板中Lamb波聚焦方法对1mm厚的铝板中直径0.8mm通孔缺陷进行检测,检测结果显示多通道时间反转检测信号中形成了两处明显的聚焦,即直达波和缺陷回波聚焦,证明此方法有效提高了检测分辨铝板小缺陷的能力。最后通过直达波、缺陷回波两处聚焦的时间差和Lamb波S_0模态群速度,准确实现了铝板中小缺陷的定位。多通道时间反转Lamb波聚焦方法不仅得到了缺陷检测回波,而且准确实现了缺陷的定位,达到了提高铝板中小缺陷检测能力的目的。     

基于激励单一模态Lamb波磁致伸缩换能器的结构优化仿真分析

为提高超声Lamb波信号强度,对磁致伸缩贴片换能器结构进行优化。在磁致伸缩贴片径向开狭缝的同时采用双面激励的方式使铝板内产生单一模态Lamb波,对优化后的结构进行理论分析并结合仿真验证;利用COMSOL仿真磁致伸缩贴片换能器在铝板内激励Lamb波的过程,得到优化前后磁致伸缩贴片附近磁场强度、上下表面电流密度,以及铝板应变;以铝板内质点位移作为Lamb波信号强度的评判标准。结果表明:利用优化后的结构对铝板双面激励可以使质点位移增加68.4%;相比于结构未优化时,在双面激励的条件下,将磁致伸缩贴片径向开狭缝,可有效增加输出信号,并且可以得到单一模态Lamb波。     

偏压电场作用下磁电弹板中Lamb波传播研究

基于磁电弹性材料的本构关系和运动微分方程,研究了磁电弹板中Lamb波的传播特性.在电磁开路和短路两种边界条件下,导出了偏压电场作用下磁电弹板中Lamb波的对称模态和反对称模态的相速度方程,求解了相应的应力场.通过数值算例分析了偏压电场对相速度和应力场的影响.结果表明,偏压电场对相速度有较大影响,对应力场几乎没有影响.研究成果可为设计磁电换能器提供一定的理论参考.     

激光热弹激励流-固泄漏Lamb波的有限元模拟

根据变分原理,得到热弹体运动方程和热传导方程相对应的有限元方程. 通过数值积分方法求解有限元方程,得到脉冲激光线源在水/铝、空气/铝这两种流-固界面上热弹激励的泄漏Lamb波瞬态波形. 计算结果表明,泄漏Lamb波不但存在于液-固界面,而且存在于气-固界面;和Lamb波相反,泄漏Lamb波的S_0模态是反对称的,而A_0模态是对称的;但由于这两种流-固界面的性质差异导致泄漏Lamb波的波形和幅度不同.      

基于Lamb波频散特性的薄板声发射源定位方法研究

声发射源时差定位方法中波速的确定是定位准确的关键问题,根据模态声发射理论,声发射信号在薄板内的传播过程中具有频散现象和多模态特性.不同频率不同模态的声波其传播速度不同.基于Lamb波频散特性和声发射检测技术,采取时频联合分析方法对铝薄板中声波模式进行识别;利用低频段频散不明显的扩展波的波速和同一频率同一模态波到达两传感器的时间差来实现声发射源的准确定位;通过铝薄板中AE源定位实验表明,采用S0模式,即扩展波的波速进行定位计算,可以比较准确地确定声发射源的位置,而且理论值与实际值相差很小.     

基于认知技术的Lamb波结构损伤检测

在雷达领域最新技术进展的启发下,提出了一种新的概念——认知结构健康监测。认知结构健康监测是一种可以智能处理环境变化引起影响的结构健康监测系统:在先验知识及智能推理的基础上,通过调整系统输入及输出功能实现智能处理。并在此基础上提出了一种基于认知的Lamb波结构损伤检测方法,通过仿真进行了验证。铝板上的仿真结果表明,该方法能够在温度变化等干扰下准确地提取出与边界反射波混叠的损伤反射波,从而实现对边界附近损伤的检测。     

功能梯度材料板中Lamb波传播特性研究

对材料性能参数沿厚度连续变化的横观各向同性热应力缓和型功能梯度材料板中Lamb波的传播问题,采用幂级数法,求得其相速度方程.借助数值算例,分析了参数梯度变化对Lamb波频散曲线的影响,并与相应陶瓷板和金属板中的频散曲线进行了对比.进一步研究了参数梯度变化对波结构的影响,揭示了Lamb波在这种非均质板中的传播行为,所得结果可以为功能梯度材料及结构的超声表征与检测提供理论依据.     

Lamb波在复合材料板中传播的谱有限元模拟

众所周知Lamb波在复合材料中的传播呈各向异性的特点,经典有限元法模拟这类问题效率不高,所以,本文采用谱有限元法进行研究。先建立了一种新的谱有限板单元,该单元以Gauss-Lobatto-Legendre点作为节点,使质量矩阵是对角矩阵;另外,该单元采用了扩展的位移场,能够较好地模拟板结构的三维特性。然后,对复合材料板结构中Lamb波在对称模式与反对称模式下的传播速度进行了求解,将计算结果与Mindlin板谱单元的结果以及三维弹性理论的结果进行了比较,并讨论了Lamb波在反对称层合板中的传播特点。最后,模拟了Lamb波在含和不含损伤复合材料层合板中的传播,数值结果表明所建立的谱有限板单元可以较好地模拟出Lamb波在复合材料板结构中的传播特性。     

基于电磁声激励Lamb波的裂纹深度检测

本文采用电磁声传感器接收单一S₀模态激励,测量Lamb波在板中不同深度的槽形裂纹处的反射与透射,用于对已知扩展长度的表面裂纹进行深度测量。然后分析了Lamb波模态的频散与波动特性,由超声Lamb波的波结构,近似计算了S₀模态入射到裂纹时的反射系数。计算结果与实验结果一致。结果表明,Lamb波在有限长裂纹处的反射系数可采用二维模型中的反射系数求解公式近似求解。采用电磁超声传感器接收单一S₀模态激励,重复测量稳定性高,适用于Lamb波反射系数的测量。Lamb波的反射系数与裂纹深度有很好的对应关系,可用于板表面已知长度裂纹的深度测量。     

磁场对电磁弹性板中Lamb波频散特性的影响

研究了静态磁场下电磁弹性结构中Lamb波的传播行为.在确定静态磁场下电磁弹性板中耦合初始广义应力(弹性应力、电位移和磁感应强度的基础上,推导了含初始广义应力时板中Lamb波传播的运动方程,并由此获得了对称模态和反对称模态时的频散方程.以由BaTiO3-CoFe2O4材料构成的电磁弹性板模型作为数值算例,绘制了Lamb波传播的对称模态和反对称模态频散曲线.计算结果表明磁场对Lamb波的频散特性有一定的影响.     

连续小波变换在损伤探测中的应用

本文选取Gabor小波作为母函数，采用连续小波变换对含裂纹悬臂梁中的弯曲波进行分析，提取波动信号中某一频率分量上的入射波、反射波及透射波信号，由此可以准确地检测出悬臂梁的损伤位置，并对可其损伤程度做出定性估计。实验结果表明，这是一种行之有效的损伤检测方法，可以推广应用到复杂结构的损伤检测中去。     

厚壁管道周向超声导波缺陷检测研究

厚壁管道在特种承压设备领域中广泛使用,常规无损检测技术难以实现其快速有效地检测。本文采用数值模拟与实验相结合来研究周向导波快速检测厚壁管道的方法。首先,利用有限差分软件研究了不同角度激励下外径269mm、壁厚32mm的厚壁管道中周向导波的传播特性,优化了探头激励角度范围;然后分别制作了55°和45°的斜楔,并搭建了实验系统,研究了周向导波与厚壁管道壁厚方向不同位置缺陷的相互作用规律。研究结果表明,周向导波适用于厚壁管道快速检测。检测时需选择角度适中的探头。激发角度过小时,厚壁管中形成的周向导波模式较多,使得波包宽度较大,影响检测分辨率;而角度过大时,会使得盲区增大,导致靠近内壁区域缺陷漏检。本文的研究结论为厚壁管道缺陷周向导波的实际检测应用提供了指导。     

Detection of a slant crack in a rotor bearing system during shut-down

Abstract

The transient response of a slant-cracked rotor system during shut-down has been analyzed while it is decelerating through the critical speed. Vibration response has been simulated by using finite element method (FEM) for flexural vibrations. An unbalance force and a harmonically-varying torque is applied on the rotor system. Subharmonic frequency components at an interval frequency corresponding to torsional frequency were found in the frequency domain (Fast Fourier Transform (FFT) plot). These peaks are centered on the critical speed of the rotor system when a slant crack is present and can be used to detect the crack. The fundamental mode shapes of the rotor bearing systems are wavelet transformed to identify the crack location. A peak is observed at the crack location in the spatial variation of the wavelet-transformed fundamental mode shape. A few suggestions for the detection of slant cracks in the rotor during shut-down are described.     

板背部缺陷的单侧非接触式超声无损检测方法

随着板状结构在石化、航空航天和电力等工业领域中的广泛应用,急需发展相应的无损检测技术,对其结构完整性进行定期评估,以保证结构的安全运行。基于空气耦合换能器的Lamb波技术,可以非接触快速地对板状结构进行扫描,在结构安全检测领域有广阔的应用前景。本文采用基于势函数法的空气耦合板状结构声传播模型,通过理论求解得到其Lamb波临界角随频厚积的变化规律。实验中采取空气耦合换能器激发和接收Lamb波,采用傅里叶变换和信号滤波技术识别S0和A0模式,并通过与理论结果比较进行确认。最后,分别采用S0和A0模式对板背部半通孔缺陷进行定位,结果显示该单侧非接触式超声无损检测方法可用于板状结构背部缺陷的检测。