發(fā)布時(shí)間：2017-08-02 20:02

  本文關(guān)鍵詞：丁羥襯層固化狀態(tài)非線性超聲監(jiān)測(cè)方法研究

  更多相關(guān)文章： 丁羥襯層 固化狀態(tài) 超聲監(jiān)測(cè) 非線性超聲

【摘要】：丁羥襯層作為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)粘接殼體（或絕熱層）和推進(jìn)劑的彈性材料，起保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要作用。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)丁羥襯層的固化過(guò)程，判定襯層“半固化狀態(tài)”，指導(dǎo)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥時(shí)間對(duì)于提高固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量具有重要意義。本文研究丁羥襯層固化過(guò)程非線性超聲波實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出了基于脈沖反射法的非線性超聲監(jiān)測(cè)方案，，設(shè)計(jì)了適用于中溫環(huán)境、可以激發(fā)高能量非線性諧波、獲得高能量超聲回波的超聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究了利用非線性超聲特征參數(shù)表征丁羥襯層固化狀態(tài)的方法和相關(guān)信號(hào)處理技術(shù)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容包括： （1）具體介紹了丁羥襯層的固化反應(yīng)機(jī)理和固化工藝，通過(guò)研究非線性波動(dòng)方程，分析了非線性系數(shù)的物理意義和相關(guān)參數(shù)，提出了采用非線性系數(shù)表征丁羥襯層不同固化狀態(tài)的非線性超聲監(jiān)測(cè)方法，為非線性超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。 （2）針對(duì)固化溫度對(duì)普通超聲探頭的影響，設(shè)計(jì)了基于緩沖桿結(jié)構(gòu)的適用于丁羥襯層中溫固化環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的超聲波傳感器。針對(duì)緩沖桿超聲回波包含尾隨波影響特征信號(hào)提取的問(wèn)題，采用波導(dǎo)理論分析了超聲波在桿中傳播時(shí)的邊界反射、波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，推導(dǎo)了尾隨信號(hào)的間隔與桿直徑和聲速的數(shù)學(xué)關(guān)系，并通過(guò)試驗(yàn)分析了桿規(guī)格、材料對(duì)特征回波信號(hào)、尾隨波的影響，結(jié)果表明大直徑的PEEK材料不僅尾隨波幅值較小、間隔較大，而且特征回波信號(hào)幅值較大；利用有限差分法對(duì)PEEK緩沖桿內(nèi)熱傳導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，得出了滿足丁羥襯層80℃固化溫度的PEEK緩沖桿長(zhǎng)度。 （3）通過(guò)理論和試驗(yàn)分析了影響非線性諧波幅值的相關(guān)參數(shù)，得出了只有激勵(lì)脈沖幅度、寬度增大到一定程度，才能在襯層中激勵(lì)明顯的非線性諧波信號(hào)，而且脈沖幅度越大，脈沖越寬，非線性諧波幅值越大；同時(shí)計(jì)算和試驗(yàn)研究了避免超聲回波時(shí)域信號(hào)混疊的最佳激勵(lì)脈沖寬度，解決了如何激發(fā)材料高能量非線性諧波信號(hào)問(wèn)題，為獲取高能量諧波幅值準(zhǔn)確表征非線性系數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 （4）根據(jù)非線性超聲回波信號(hào)包含噪聲影響聲學(xué)特征信號(hào)提取的特點(diǎn)，建立了包含諧波和白噪聲的非線性超聲回波信號(hào)模型，從信號(hào)信噪比和諧波幅值誤差兩個(gè)方面研究了不同母小波、閾值函數(shù)、閾值選取方式對(duì)小波閾值降噪效果的影響，并通過(guò)優(yōu)化閾值選取方式和改進(jìn)閾值函數(shù)，大大提高了信噪比、減小了諧波幅值誤差，解決了在有效保留非線性諧波信號(hào)的情況下達(dá)到良好降噪效果的難題，探索了非線性超聲回波信號(hào)降噪方法。 （5）針對(duì)常用窗函數(shù)非周期截?cái)嗵崛》蔷�性超聲回波中基波、諧波特征信號(hào)時(shí)頻譜泄露嚴(yán)重和特征提取誤差較大的問(wèn)題，通過(guò)分析不同窗函數(shù)非周期截?cái)鄬?duì)非線性超聲回波頻譜分析的影響，采用卷積漢寧窗函數(shù)方法進(jìn)行非周期截?cái)囝l譜分析，同時(shí)結(jié)合雙峰譜線插值算法對(duì)基波和諧波幅值進(jìn)行修正，達(dá)到了減小頻譜泄露、準(zhǔn)確提取基波和諧波幅值的目的。 （6）根據(jù)基于脈沖反射法的非線性聲學(xué)原理，針對(duì)丁羥襯層非線性系數(shù)受緩沖桿非線性及界面反射、透射系數(shù)不斷變化影響的問(wèn)題，推導(dǎo)了緩沖桿和丁羥襯層的非線性基波、諧波幅值方程，提出了包含緩沖桿非線性的襯層非線性系數(shù)表征方法，去除了緩沖桿非線性特性的影響；并設(shè)計(jì)研制了丁羥襯層固化過(guò)程非線性超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)試驗(yàn)提取厚度、聲速、基波幅值、諧波幅值等相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到了襯層中的非線性系數(shù)隨固化時(shí)間的變化規(guī)律，并通過(guò)與紅外光譜監(jiān)測(cè)的固化度對(duì)比分析，試驗(yàn)驗(yàn)證了非線性系數(shù)表征丁羥襯層固化狀態(tài)的可行性和有效性。 論文所做工作，對(duì)超聲波實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在中溫環(huán)境下的應(yīng)用、非線性超聲監(jiān)測(cè)技術(shù)和非線性超聲回波信號(hào)處理方法在新領(lǐng)域的應(yīng)用以及襯層固化過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和“半固化狀態(tài)”判定都具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：丁羥襯層 固化狀態(tài) 超聲監(jiān)測(cè) 非線性超聲
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V435
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 選題背景及意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 固化反應(yīng)過(guò)程常用監(jiān)測(cè)方法14-17
• 1.2.2 線性超聲檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 非線性超聲檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)及安排20-24
• 第二章 非線性聲學(xué)基本原理及聲學(xué)特征參數(shù)24-38
• 2.1 丁羥襯層固化反應(yīng)機(jī)理24-27
• 2.2 線性聲學(xué)基本方程27-30
• 2.2.1 線性波動(dòng)方程基本假定27-28
• 2.2.2 線性波動(dòng)方程28-29
• 2.2.3 線性聲學(xué)特征參數(shù)29-30
• 2.3 非線性聲學(xué)基本方程30-37
• 2.3.1 非線性波動(dòng)方程30-31
• 2.3.2 一維非線性波動(dòng)方程求解31-33
• 2.3.3 波形畸變與諧波滋生33-35
• 2.3.4 非線性聲學(xué)特征參數(shù)及物理意義35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 丁羥襯層固化狀態(tài)非線性超聲表征方法研究38-72
• 3.1 非線性超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和關(guān)鍵問(wèn)題38-43
• 3.1.1 超聲波傳感器設(shè)計(jì)方案39-41
• 3.1.2 非線性超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)41-42
• 3.1.3 實(shí)現(xiàn)非線性超聲監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題42-43
• 3.2 超聲緩沖桿研究43-55
• 3.2.1 緩沖桿材料及規(guī)格對(duì)特征回波信號(hào)的影響43-51
• 3.2.2 適用于襯層中溫固化環(huán)境的緩沖桿長(zhǎng)度研究51-53
• 3.2.3 超聲傳感器穩(wěn)定性分析53-55
• 3.3 高能量非線性諧波激勵(lì)方法研究55-63
• 3.3.1 激勵(lì)脈沖信號(hào)寬度對(duì)非線性諧波的影響56-60
• 3.3.2 激勵(lì)脈沖信號(hào)幅度對(duì)非線性諧波的影響60-63
• 3.4 基于緩沖桿結(jié)構(gòu)的襯層非線性系數(shù)表征方法63-69
• 3.4.1 丁羥襯層非線性回波特性分析63
• 3.4.2 丁羥襯層非線性系數(shù)表征方法研究63-69
• 3.5 本章小結(jié)69-72
• 第四章 非線性超聲回波降噪和特征提取方法研究72-116
• 4.1 非線性超聲小波閾值降噪優(yōu)化方法研究72-95
• 4.1.1 小波分析基本理論73-78
• 4.1.2 包含噪聲的非線性超聲回波模型和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)78-81
• 4.1.3 最佳母小波和分解層數(shù)研究81-86
• 4.1.4 小波閾值函數(shù)優(yōu)化方法研究86-95
• 4.2 基波、諧波幅值特征參數(shù)提取方法研究95-115
• 4.2.1 窗函數(shù)非周期截?cái)鄬?duì)非線性特征提取的影響96-108
• 4.2.2 基于二階卷積窗非周期截?cái)嗉半p峰插值算法的非線性特征提取方法108-115
• 4.3 本章小結(jié)115-116
• 第五章 丁羥襯層固化過(guò)程非線性超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)116-138
• 5.1 非線性超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)116-117
• 5.2 襯層非線性系數(shù)相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)方法117-119
• 5.3 襯層非線性系數(shù)相關(guān)參數(shù)隨固化時(shí)間變化規(guī)律119-131
• 5.3.1 超聲回波小波閾值降噪120-122
• 5.3.2 襯層厚度變化規(guī)律122-123
• 5.3.3 襯層縱波聲速變化規(guī)律123-125
• 5.3.4 聲衰減系數(shù)變化規(guī)律125-127
• 5.3.5 緩沖桿端面回波基波及三次諧波幅值變化規(guī)律127-129
• 5.3.6 丁羥襯層上界面反射基波及諧波幅值變化規(guī)律129-131
• 5.4 丁羥襯層非線性系數(shù)表征固化狀態(tài)131-136
• 5.4.1 丁羥襯層非線性系數(shù)有效性分析132-135
• 5.4.2 丁羥襯層非線性系數(shù)與固化狀態(tài)的關(guān)系135-136
• 5.5 本章小結(jié)136-138
• 第六章 結(jié)論與展望138-142
• 6.1 論文所做的工作138-140
• 6.2 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)140
• 6.3 本論文待解決的問(wèn)題140-142
• 參考文獻(xiàn)142-152
• 攻讀博士學(xué)位期間所取得的研究成果152-153
• 致謝153-154

【參考文獻(xiàn)】

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