有限单元法在超声导波检测技术中的应用

超声导波检测技术具有对波导结构中的缺陷进行远距离无损检测的能力,多年来一直是无损检测领域关注的热点之一.有限单元法具有对各种复杂动力学问题进行计算的能力,已成为超声导波检测技术研究的重要工具.本文结合超声导波检测技术研究领域中的热点问题,对相关的有限单元法进行了简要综述.介绍了有限单元法的发展及其在多物理场耦合机制下导波的激励与接收、线弹性和黏弹性结构中导波的传播特性、非线性超声导波等多个方面的应用研究情况. 最后,基于超声导波检测技术研究趋势展望了相关有限单元法的未来研究重点和发展方向.      

金属板疲劳损伤非线性兰姆波混频检测

针对金属板结构安全运行需要,开展了金属板结构疲劳损伤非线性兰姆波混频检测方法研究。通过数值仿真,研究了两列A₀兰姆波与材料损伤间的非线性相互作用。结果表明,两列共线A₀兰姆波在结构材料损伤处产生单向传播的和频S₀波,且和频波幅值随传播距离具有积累增长效应。对不同疲劳程度金属板试件进行了共线混频兰姆波检测实验,结果表明,和频波幅值随试件疲劳周数的增加呈单调递增趋势,提出的兰姆波混频技术可用于金属板结构疲劳程度的表征。研究工作为金属板结构疲劳损伤检测提供了可行的技术方案。     

基于分布式光纤传感阵列的管网泄漏监测系统研究

复杂液压管网的泄漏检测是液压系统面临的难点之一.采用LabVIEW与FoxPro数据库结合的方法,开发了阵列式光纤传感管网泄漏监测系统软件.该软件控制NI公司数据采集卡PXI-6133采集经调制后的光纤传感器干涉信号,再对获得的信号进行降噪处理,根据降噪后的波形是否出现零点频率判断管道是否泄漏并进行报警;该系统还可实时...     

Quantitative measurement of local elasticity of SiOx film by atomic force acoustic microscopy

<正>In this paper the elastic properties of SiO_x film are investigated quantitatively for local fixed point and qualitatively for overall area by atomic force acoustic microscopy(AFAM) in which the sample is vibrated at the ultrasonic frequency while the sample surface is touched and scanned with the tip contacting the sample respectively for fixed point and continuous measurements.The SiO_x films on the silicon wafers are prepared by the plasma enhanced chemical vapour deposition(PECVD).The local contact stiffness of the tip-SiO_x film is calculated from the contact resonance spectrum measured with the atomic force acoustic microscopy.Using the reference approach,indentation modulus of SiO_x film for fixed point is obtained.The images of cantilever amplitude are also visualized and analysed when the SiO_x surface is excited at a fixed frequency.The results show that the acoustic amplitude images can reflect the elastic properties of the sample.     

应力波在管道中传播的实验研究

实验研究了轴对称加载条件下,在有、无缺陷的管道中应力波的传播特性。实现了在非弥散频率范围内单模态应力波的激励;在无缺陷的情况下研究了应力波的反射、衰减等;同时研究了缺陷前后不同点、距缺陷一定距离的同一截面上的多点对激励的响应。结果表明,由于在波的传播过程中衰减相对较小,这种方法有望实现管道的长距离缺陷检测。     

采用超声导波阵列技术研究板类结构大面积检测

超声导波阵列检测技术可以实现板类结构的快速、大面积检测,是工业领域中最有前景的技术之一。针对目前此技术中存在的单一模态传感器难制作、检测频率高(一般在200 kHz以上)、需非常密集的传感器阵列和成像分辨率低等问题,本文采用一种圆环形线圈EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer),在较低频率15 kHz激励产生单一A0模态Lamb波,由8个传感器组成环形阵列,利用TFM (Total Focus Method)进行成像,实现了超声Lamb波对板类结构的快速、大面积检测。对一块包含直径为27 mm通孔的3 mm厚铝板进行实验研究,结果表明,此系统具有较高的测量稳定性和成像分辨率,能快速定位缺陷,适用于对板类结构进行大面积粗检。在对检测系统盲区形成原因分析的基础上,建立了一种计算盲区范围的方法。     

列车车轮钢表面硬度的微磁定量检测方法

多功能微磁检测技术在铁磁性材料力学性能的无损表征中具有良好的应用前景。本文研究该技术对CL65、ER7车轮钢表面硬度的无损检测能力。首先,利用变异系数分析方法评价了多功能微磁仪器对车轮钢微磁参量的重复检测性能;其次,开展了标定实验,基于斯皮尔曼秩相关系数分析了微磁参量对车轮钢表面硬度的单调表征能力;最后,通过融合多项磁参量,建立了基于BP神经网络的车轮钢表面硬度的微磁定量预测模型。外部校验结果显示,BP神经网络模型对CL65、ER7车轮钢表面硬度的预测平均误差分别约为0.59%和1.22%。     

基于超声导波技术对板表面缺陷的无损检测研究

本文通过数值计算与实验,研究了薄钢板内导波的传播及其频散、多模态特征以及被激励模态与斜探头入射角的关系.利用所建立的实验系统,对钢板表面的人工缺陷进行了检测.结果表明,对特定频率,选择A1模态的超声导波检测钢板表面缺陷是可行的.     

周向超声导波在薄壁管道中的传播研究

本文研究了薄壁管道内周向导波的传播及其频散特性，并且通过对比薄壁板与薄壁管道内的导波，找出了一个比较简便研究周向导波的方法。并通过实验验证了周向导波的频散现象以及激励模态与斜探头楔型角的关系，并且认定在管道中可以激励出单一的周向导波模态。     

基于小波变换及Wigner-Ville变换方法的超声导波信号分析

对结构中缺陷的检测和识别是无损检测中的一项重要研究课题,超声导波由于可在短时间内检测很远距离,故它的一个重要应用便是管材的检测。因而对导波检测信号的处理成为一重要研究内容,本文利用时-频分析方法中的小波变换和Wigner-Ville变换对管道和抽油杆缺陷的导波检测信号进行了分析处理。实验结果表明,进行小波变换后,缺陷回波信号的信噪比大大提高,直径仅1mm的小孔缺陷可容易地被识别出来,准确检测出其位置;通过对信号进行Wigner-Ville的相关变换,可同时在时频两域内对缺陷的回波信号进行分析,使缺陷辨别起来简单易行。两种信号处理方法的超声导波应用研究为以后导波信号的处理提供了新的实现依据。