【摘要】：超聲Lamb波檢測(cè)技術(shù)因其具有遠(yuǎn)距離傳播,能量衰減小,適用于對(duì)板結(jié)構(gòu)內(nèi)的大范圍損傷檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),在金屬板類構(gòu)件的損傷檢測(cè)中有著廣泛應(yīng)用。在激勵(lì)/拾取結(jié)構(gòu)中含損傷特征的超聲Lamb波信號(hào)時(shí),接觸式換能器的空間分辨率受限于換能器陣列的分布尺度,進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)損傷的測(cè)試結(jié)果。激光超聲檢測(cè)技術(shù)基于熱彈效應(yīng)激發(fā)結(jié)構(gòu)件中的超聲Lamb波,以其無(wú)需耦合劑,可遠(yuǎn)距離激發(fā)/拾取信號(hào),非接觸式檢測(cè)以規(guī)避接觸式換能器既有的不足而逐漸成為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。本文采用完全非接觸式激光超聲激勵(lì)/拾取技術(shù),數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究了鋁板中損傷檢測(cè)的頻率波數(shù)域(f-k)逆時(shí)損傷成像新方法。具體研究工作如下:首先,闡述了非接觸激光超聲激勵(lì)/拾取技術(shù)的研究背景和應(yīng)用意義,討論了激光超聲Lamb波損傷探測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)超聲Lamb波的理論分析,明晰了Lamb波的傳播特性和頻散特征,調(diào)研及討論了各向同性板中Lamb波信號(hào)處理方法及相關(guān)理論,最終確定了課題的研究方向和內(nèi)容。其次,運(yùn)用COMSOL有限元分析軟件模擬激光激勵(lì)Lamb波在三維板狀結(jié)構(gòu)中的傳播過(guò)程。分析了陣列波束成形損傷成像和頻率波數(shù)域逆時(shí)損傷成像方法各自優(yōu)缺點(diǎn)及適用性;借鑒相控陣延遲疊加原理建立了陣列波束成形損傷成像方法以實(shí)現(xiàn)損傷的快速定位。鑒于陣列波束成形損傷成像方法受波束主瓣寬度及頻散影響,成像區(qū)域較大且損傷成像精度較低,本文提出了基于分頻段時(shí)域?yàn)V波的頻率波數(shù)域逆時(shí)損傷成像方法以實(shí)現(xiàn)損傷散射邊界的精確識(shí)別。首先運(yùn)用小波分析方法提取寬頻帶信號(hào)中不同中心頻率下的窄頻帶信息以抑制頻散效應(yīng),進(jìn)而采用動(dòng)態(tài)時(shí)域?yàn)V波方法在無(wú)需基準(zhǔn)信號(hào)的前提下提取損傷信號(hào)。通過(guò)探究時(shí)間反轉(zhuǎn)過(guò)程中的頻率響應(yīng)函數(shù)及反向傳播過(guò)程,驗(yàn)證了Lamb波窄頻帶信號(hào)及寬頻帶信號(hào)的時(shí)反聚焦特性。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用頻率波數(shù)域逆時(shí)損傷成像方法構(gòu)建入射波場(chǎng)及重構(gòu)損傷散射波場(chǎng)以有效彌補(bǔ)頻散效應(yīng),并引入互相關(guān)成像條件實(shí)現(xiàn)損傷散射邊界的識(shí)別,進(jìn)而將激光超聲寬頻帶信號(hào)中各窄帶頻率分量的成像結(jié)果作邏輯“與”運(yùn)算以進(jìn)一步提升損傷成像的精度及信噪比。然后,設(shè)計(jì)了一個(gè)將脈沖激光器和掃描式激光多普勒測(cè)振儀相結(jié)合的完全非接觸式的超聲Lamb波激勵(lì)/接收實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)中超聲Lamb波波場(chǎng)信號(hào)的非接觸高分辨率拾取。運(yùn)用頻率波數(shù)域逆時(shí)重構(gòu)法將實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行可視化處理以還原超聲Lamb波的回傳過(guò)程,引入互相關(guān)成像條件對(duì)不同尺寸的通孔單損傷進(jìn)行定量分析,并對(duì)局部歸一化幅值進(jìn)行漸變趨勢(shì)討論。同時(shí),實(shí)驗(yàn)給出通孔雙損傷及裂紋雙損傷的成像結(jié)果,以驗(yàn)證此方法對(duì)多個(gè)微小損傷散射邊界精確識(shí)別的有效性。結(jié)果表明:所提出的基于分頻段時(shí)域?yàn)V波的頻率波數(shù)域逆時(shí)損傷成像方法可實(shí)現(xiàn)不同尺寸的損傷散射邊界的可視化識(shí)別,同時(shí)針對(duì)含多個(gè)損傷的鋁板亦能實(shí)現(xiàn)損傷的精確識(shí)別,達(dá)到缺陷檢測(cè)的目的,在工程實(shí)踐中具有普適性。最后,對(duì)本文的研究工作做出總結(jié),并指出下一步研究的方向。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249;TB559
【圖文】：

第一章 緒 論 課題研究背景和意義伴隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（Non Destructive Testing）能在件的前提下對(duì)結(jié)構(gòu)完整性實(shí)施檢測(cè)與安全性評(píng)估，降低維護(hù)成本，如對(duì)金屬板、、飛機(jī)機(jī)翼等結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期、高效的無(wú)損檢測(cè)，在航空工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)方到工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注[1-2]。其中超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)（Ultrasonic Guided nology）具有傳播距離遠(yuǎn)、傳播過(guò)程中衰減小、靈敏度高、效率高、適合于大范優(yōu)點(diǎn)，在平板、管道類結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)中有著廣泛應(yīng)用[3-4]。常規(guī)超聲導(dǎo)波損傷檢測(cè)方法往往采用接觸式壓電元件激勵(lì)/拾取結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)波信場(chǎng)檢測(cè)的空間分辨率受限于換能器陣列的分布尺度，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)損傷的測(cè)試.1 所示為運(yùn)用密集排布的壓電換能器檢測(cè)結(jié)構(gòu)件損傷指標(biāo)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，接觸式的受耦合劑影響，影響結(jié)構(gòu)剛度，且陣列排布形式固定，操作不靈活，空間分辨率受

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 波是由結(jié)構(gòu)中的體波受邊界條件的影響而產(chǎn)生的波，如 Rayl。對(duì)于平板類結(jié)構(gòu)而言，在薄板的某一位置激發(fā)超聲波，縱波反射并相互耦合發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換，沿板方向傳播一段距離后疊加在薄板內(nèi)傳播時(shí)，薄板內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)特征隨板厚、頻率等參數(shù)的構(gòu)中的傳播模態(tài)主要有對(duì)稱模態(tài)（如0S，1S，2S…nS）如圖 0A，1A，2A…nA）如圖 2.2(b)所示。Lamb 波不同模態(tài)具有不由頻厚積（頻率與板厚的乘積）決定。

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)圖（a）對(duì)稱模態(tài)（Sn） （b）反對(duì)2 Lamb waves (a)Symmetric mode (b)Antisymmetr下，無(wú)限大各向同性板狀結(jié)構(gòu)中，如圖 2.3 222uu ut 密度， 為哈密頓微分算子。

【參考文獻(xiàn)】

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3 李迎;基于Lamb波與時(shí)頻分析技術(shù)的復(fù)合材料損傷檢測(cè)研究[D];南京航空航天大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2789111