本文關(guān)鍵詞：基于非線性聲學(xué)的鋁材疲勞裂紋檢測(cè)方法研究與實(shí)驗(yàn)

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【摘要】：金屬疲勞是金屬結(jié)構(gòu)失效的主要原因。由于鋁合金板材廣泛應(yīng)用于飛機(jī)以及航空航天器材的結(jié)構(gòu)當(dāng)中,一旦失效,必然會(huì)造成巨大的損失,甚至是人員傷亡。本文以非線性聲學(xué)原理為基礎(chǔ),將光學(xué)領(lǐng)域引申而來(lái)的聲學(xué)時(shí)間反轉(zhuǎn)法應(yīng)用到聲波信號(hào)的處理中,對(duì)鋁合金板材中疲勞裂紋的特性進(jìn)行了細(xì)致的研究。對(duì)固體介質(zhì)中非線性超聲波動(dòng)方程進(jìn)行了分析,證明了可以通過(guò)固體非線性系數(shù)?來(lái)表征金屬材料的疲勞程度。分析了時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)的原理,對(duì)時(shí)間反轉(zhuǎn)法的理論表達(dá)式進(jìn)行了推導(dǎo),介紹了時(shí)間反轉(zhuǎn)法在疲勞裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用。構(gòu)建了一個(gè)以圓形壓電傳感器(PZT)為核心的疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)由任意波形發(fā)生器、信號(hào)發(fā)射PZT、待測(cè)2024航空鋁合金板、信號(hào)接收PZT、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、激光測(cè)振儀和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、分析軟件組成。選取50kHz到1MHz之間的頻率進(jìn)行實(shí)驗(yàn),含有疲勞裂紋的樣板中有二次諧波出現(xiàn),但二次諧波的幅度較小,表明用非線性系數(shù)?來(lái)表征介質(zhì)損傷程度并不理想。利用時(shí)間反轉(zhuǎn)原理的優(yōu)越性可提高信噪比和自適應(yīng)聚焦,可有效解決超聲波在介質(zhì)傳播中衰減的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)鋁合金板材自聚焦特性的研究,確定猝發(fā)蘭姆波為時(shí)間反轉(zhuǎn)過(guò)程的激勵(lì)波型。通過(guò)對(duì)鋁合金板材進(jìn)行單陣元與多陣元聲波時(shí)間反轉(zhuǎn)的自聚焦實(shí)驗(yàn)研究,證明時(shí)間反轉(zhuǎn)法可提高聲波信號(hào)的信噪比,并產(chǎn)生良好的聚焦增益。此外,對(duì)含有不同疲勞裂紋的鋁合金板材進(jìn)行聲波自聚焦實(shí)驗(yàn),證明鋁板中疲勞裂紋的大小對(duì)聲波自聚焦的峰值幅度影響不大,當(dāng)鋁板中出現(xiàn)宏觀裂紋時(shí),時(shí)域波形聚焦峰值區(qū)域出現(xiàn)等幅方波,在其相對(duì)應(yīng)頻譜中,出現(xiàn)新的頻率成分即三次諧波。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金 疲勞裂紋 超聲檢測(cè) 非線性聲學(xué) 時(shí)間反轉(zhuǎn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V252.2;V250.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的來(lái)源及意義10-11
• 1.2 金屬疲勞裂紋檢測(cè)方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)法12-13
• 1.2.2 電磁聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)13
• 1.2.3 非線性超聲檢測(cè)法13-14
• 1.2.4 金屬疲勞裂紋檢測(cè)的其它方法14-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 非線性聲學(xué)和時(shí)間反轉(zhuǎn)法分析16-24
• 2.1 非線性聲學(xué)16-18
• 2.1.1 非線性參數(shù)的理論分析16-17
• 2.1.2 金屬疲勞裂紋的非線性聲學(xué)特征17-18
• 2.2 時(shí)間反轉(zhuǎn)法18-23
• 2.2.1 時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)的基本理論19-21
• 2.2.2 非線性時(shí)間反轉(zhuǎn)法在金屬疲勞裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用21-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 鋁合金板材非線性聲學(xué)特性研究24-36
• 3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成24-25
• 3.2 壓電元件工作原理25-26
• 3.3 非線性聲學(xué)實(shí)驗(yàn)26-35
• 3.3.1 理論基礎(chǔ)26
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)方案26-27
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析27-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 鋁合金板材疲勞裂紋的檢測(cè)36-54
• 4.1 波型對(duì)自聚焦特性的影響36-39
• 4.2 單通道時(shí)間反轉(zhuǎn)原理及實(shí)現(xiàn)39-42
• 4.2.1 理論基礎(chǔ)39-40
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方案40
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-42
• 4.3 多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)原理及實(shí)現(xiàn)42-46
• 4.3.1 理論基礎(chǔ)42-43
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)方案43
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析43-46
• 4.4 疲勞裂紋的聲波自聚焦檢測(cè)46-52
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方案46-47
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析47-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59-60
• 致謝60

【參考文獻(xiàn)】

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