【摘要】：無論是金屬薄板還是碳纖維增強復合材料在航空航天、航海艦艇和壓力容器等工業(yè)領域都得到了普遍的運用。運用超聲波對此類板狀類材料進行損傷檢測一直以來都是結構健康檢測領域的研究熱點和難點。超聲蘭姆波(Lamb waves)是超聲無損檢測中經常使用的一種導波形式,與傳統(tǒng)使用超聲體波(橫波和縱波)的點對點檢測方式相比,超聲Lamb波檢測能夠實現(xiàn)一處激發(fā)大面積傳播,因此基于超聲Lamb波的損傷檢測方法更加快捷和高效�；诔昄amb波的損傷檢測方法常利用損傷引起的波速變化和振幅變化作為特征參數(shù)進行檢測。本文主要利用薄板件中超聲Lamb波的振幅變化來研究超聲導波成像檢測方法。該方法可以進行損傷定位和定量,是一種直觀通過圖像來判斷損傷的有效技術。本文首先介紹了Lamb波在各向同性材料和各向異性材料中的傳播機理,結合各向同性材料中的波動方程及板的邊界條件,求解各向同性材料的Lamb波頻散方程,繪制鋁板中Lamb波的相速度和群速度頻散曲線。根據(jù)分波理論,求解各向異性材料的Lamb波頻散方程。引入波的能流圖概念,介紹一種基于激光掃描的超聲導波損傷評估方法。為后續(xù)的工作提供理論依據(jù)和技術基礎。其次,使用有限元分析軟件ABAQUS模擬Lamb波在薄板中的傳播,進而驗證基于激光掃描的超聲導波損傷評估方法的可靠性。建立含有損傷的鋁板有限元三維仿真模型,通過模擬結果的位移形變云圖分析Lamb波在鋁板中的傳播特性,采集檢測區(qū)域內網格單元節(jié)點的位移歷史輸出,根據(jù)振幅的變化繪制波的“能流圖”判斷損傷的位置和形狀大小。分析不同頻率的激勵信號下對損傷檢測效果的影響,研究多個損傷和損傷在鋁板邊界的復雜情況下的損傷檢測。建立含有脫層損傷的CFRP復合材料層合板有限元三維仿真模型,研究不同的材料鋪層方向下Lamb波的傳播特性,采集檢測區(qū)域內網格單元節(jié)點的位移歷史輸出,根據(jù)振幅的變化繪制波的“能流圖”判斷損傷的位置和形狀大小,研究不同的采樣點數(shù)對損傷檢測圖像效果的影響,研究多個脫層損傷復雜情況下的損傷檢測。最后,提出一種基于Lamb波的層析成像兩級重建方法的改進方案,該方案只需要采集檢測區(qū)域邊界的Lamb波振幅信號,比基于激光掃描的超聲導波損傷評估方法的數(shù)據(jù)量要少很多。圖像重構主要是通過兩個步驟實現(xiàn),第一步通過篩選可疑的激光傳播路徑來大致判斷損傷的位置和形狀,第二步是使用最小二乘法來準確重構損傷圖像。通過實驗方法分別檢測含有非穿透凹槽的鋁板和含有內部脫層的CFRP復合材料層合板中的損傷來驗證了改進方案的有效性。該方法非常適合需要快速損傷檢測的情況。
【圖文】：

2 Lamb 波的基本理論2.1 概述波是介質振動的傳播。當介質粒子振動的方向和該介質振動波的前進方向平行時為縱波（圖 2.1（a）），聲波和地震中的 P 波就是縱波；當介質粒子振動的方向和該介質振動波的前進方向垂直時為橫波（圖 2.1（b）），電磁波和地震中的 S波就是橫波。由縱波和橫波相互干涉產生的波是表面波，表面波與縱波和橫波相比具有衰減慢，并且能夠長距離傳播的特點，表面波又可以分為瑞利波（Rayleighwave）和勒夫波（Love wave）兩種。瑞利波（圖 2.1（c））是一種在與波的前進方向相互垂直的方向上以橢圓的軌跡振動的波，它由縱波和橫波中垂直振蕩的波（SV 波）組成。勒夫波（圖 2.1（d））是一種與波的前進方向相互垂直的方向上的波（SH 波）的水平振動產生的波。

重慶大學碩士學位論文分為對稱模態(tài)（S）和反對稱模態(tài)（A）[68]，圖 2.2（a）為對稱（b）為反對稱模態(tài) Lamb 波。對稱模態(tài) Lamb 波在薄板中粒中心面對稱，沿波傳播方向上粒子的振動方向相同，而沿子振動方向相反，并且粒子以縱波的形式在薄板的中心面mb 波在薄板中粒子的振動方向不關于中心面對稱，沿波傳播而沿垂直于波傳播方向上粒子的振動方向相同，此時粒子中心面振動。不同的模態(tài)在板中的傳播速度不同，，這與薄心頻率以及材料的屬性等有關。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB302.5

【參考文獻】

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本文編號：2620888