本文選題：Lamb波　切入點(diǎn)：頻散特性　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：大型環(huán)縫焊接構(gòu)件在石油、化工及核電等現(xiàn)代工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了保證焊縫構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量及使用安全性,實(shí)施可靠的無(wú)損檢測(cè)是生產(chǎn)加工及使用過(guò)程中必要的技術(shù)環(huán)節(jié)。動(dòng)態(tài)掃查方式的常規(guī)超聲檢測(cè)在工程應(yīng)用中存在著耦合困難、相關(guān)處理工藝復(fù)雜、檢測(cè)效率低下等弊端。針對(duì)這一問(wèn)題,本文研究利用超聲Lamb波可長(zhǎng)距離傳播的特點(diǎn)對(duì)大型焊縫實(shí)現(xiàn)全縫靜態(tài)、快速檢測(cè)。本文首先從Lamb波基本理論入手,推導(dǎo)出特征頻率方程,并用Matlab編程求解所得方程,繪制了鋁板的頻散曲線。根據(jù)頻散曲線及斜楔聲速計(jì)算現(xiàn)有頻厚積下各模態(tài)斜入射的激勵(lì)角度,得到不同模態(tài)激勵(lì)角度及其對(duì)應(yīng)的群速度和相速度,為后續(xù)的數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。數(shù)值仿真對(duì)輔助認(rèn)知檢測(cè)機(jī)理及指導(dǎo)實(shí)際檢測(cè)有重要意義。首先研究確定了有限元模擬的各個(gè)參數(shù)、條件及Lamb波聲場(chǎng)的激發(fā)方式。在此基礎(chǔ)上模擬了Lamb波在焊縫及薄板結(jié)構(gòu)中的傳播及聲場(chǎng)分布,并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了仿真結(jié)果的可靠性。分析了焊縫中Lamb波的泄漏和衰減,對(duì)比結(jié)果表明:焊縫這樣的幾何結(jié)構(gòu)可作為L(zhǎng)amb波的“波導(dǎo)”,即在有焊縫的情況下,相當(dāng)部分的能量被集中于焊縫中,這對(duì)焊縫缺陷檢測(cè)是十分有利的。進(jìn)一步仿真研究了Lamb波的波場(chǎng)分布及其與缺陷體的作用,分析了Lamb波檢測(cè)時(shí)缺陷定位及尺寸識(shí)別效果,結(jié)果表明:A0導(dǎo)波能較為準(zhǔn)確地識(shí)別缺陷位置,而A1模態(tài)對(duì)缺陷的位置信息不如A0模態(tài)敏感;無(wú)論是表面缺陷還是埋藏缺陷,A1模態(tài)無(wú)法表征缺陷的尺寸信息;A0模態(tài)與缺陷尺寸有良好的線性關(guān)系,并且發(fā)現(xiàn)A0模態(tài)更適合判別埋藏缺陷。搭建Lamb波靜態(tài)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行傳播特性及缺陷檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究。Lamb波傳播及聲場(chǎng)特性的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)較好;對(duì)含人工槽缺陷的試件進(jìn)行檢測(cè)研究,檢測(cè)結(jié)果表明,A0波對(duì)于缺陷定位檢測(cè)精度較高,且回波能量與缺陷尺寸線性相關(guān),可用來(lái)表征缺陷尺寸信息,與仿真計(jì)算得到的規(guī)律一致,這表明Lamb波可用來(lái)進(jìn)行缺陷的定位檢測(cè)及尺寸評(píng)估;對(duì)孔洞類(lèi)缺陷進(jìn)行檢測(cè)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本研究靜態(tài)檢測(cè)方法的檢測(cè)靈敏度達(dá)到:當(dāng)檢測(cè)距離大于200mm時(shí),能識(shí)別到1mm直徑的孔缺陷。
[Abstract]:Large girth welding components are widely used in modern engineering fields such as petroleum, chemical industry and nuclear power. The implementation of reliable nondestructive testing (NDT) is a necessary technical link in the process of production, processing and use. The conventional ultrasonic testing of dynamic scanning is difficult to be coupled in engineering application, and the related processing technology is complex. The detection efficiency is low. Aiming at this problem, this paper makes use of the characteristics of long distance propagation of ultrasonic Lamb wave to realize static and fast detection of large weld seam. In this paper, the characteristic frequency equation is derived from the basic theory of Lamb wave. The dispersion curve of aluminum plate is plotted by Matlab programming. According to the dispersion curve and the sound velocity of wedge, the excitation angles of different modes and their group velocities and phase velocities under the existing frequency thick product are calculated. It provides theoretical basis for subsequent numerical simulation and experimental research. Numerical simulation is of great significance to assist cognitive detection mechanism and guide practical detection. Firstly, the parameters of finite element simulation are studied and determined. On the basis of this, the propagation and sound field distribution of Lamb wave in weld and thin plate structure are simulated, and the reliability of the simulation result is verified by relevant experiments. The leakage and attenuation of Lamb wave in weld seam are analyzed. The results show that the geometrical structure of the weld can be used as the "waveguide" of Lamb wave, that is, in the case of weld, a considerable portion of the energy is concentrated in the weld. This is very beneficial to weld defect detection. Further, the wave field distribution of Lamb wave and its effect on defect body are studied, and the effect of defect location and size identification on Lamb wave detection is analyzed. The results show that: A0 guided wave can accurately identify the defect position, while A1 mode is less sensitive to the defect position information than A0 mode. No matter the surface defect or the buried defect A1 mode can not represent the size information of the defect, the A0 mode has a good linear relationship with the defect size, and it is found that the A0 mode is more suitable to distinguish the buried defect. The Lamb wave static detection experimental system is built. The simulation results of Lamb wave propagation and sound field characteristics correspond well with the experimental results. The results show that the accuracy of A0 wave detection for defect location is high, and the echo energy is linearly related to the defect size, which can be used to characterize the defect size information, which is consistent with the law obtained by simulation. The results show that Lamb wave can be used to detect defects and evaluate their size. The experimental results show that the detection sensitivity of the static detection method is as follows: when the detection distance is larger than 200mm, A hole defect that can identify the diameter of 1mm.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG441.7

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本文編號(hào)：1689283