金屬及其粘接結(jié)構(gòu)因疲勞、蠕變和熱老化等引起的早期損傷將導(dǎo)致其力學(xué)性能退化,進而嚴(yán)重威脅其運行安全,因此研究材料早期損傷的無損檢測和評價方法對保證其服役安全具有重要意義。傳統(tǒng)線性超聲技術(shù)難以檢測出早期疲勞損傷,而非線性超聲波對材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化非常敏感,為金屬材料早期損傷的無損檢測和評價提供新的研究方法。非線性表面波可用于金屬表面及亞表面的損傷檢測,具有對形狀不敏感、適應(yīng)性強的優(yōu)勢,成為近年來研究的熱點。采用波束混疊法檢測金屬材料早期損傷時受衰減系數(shù)影響小,幾乎不受系統(tǒng)非線性的影響,具有較為廣泛的應(yīng)用前景。本論文以金屬表面微損傷以及亞表面的脫粘缺陷為研究對象,研究金屬淺層微缺陷超聲表面波非線性混頻檢測技術(shù),開展了傳播距離、微裂紋尺寸等因素影響下的非線性混頻表面波的理論和仿真研究。研究的主要工作如下:研究了固體介質(zhì)中混頻信號激勵下非線性超聲波動方程的解,進而解釋了非線性聲場調(diào)制現(xiàn)象。在忽略高階非線性和衰減衍射等條件下,得到非線性系數(shù)與激勵信號及接收信號之間存在的聯(lián)系,為利用超聲波非線性系數(shù)檢測金屬表面微小裂紋奠定基礎(chǔ)。針對混頻激勵下非線性聲場響應(yīng)信號復(fù)雜、難以識別的問題,研究了非線... 

【文章來源】：長沙理工大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２外部靜態(tài)應(yīng)力與微裂紋界面之間距離的關(guān)系??１１??

紋僅存在完全閉合或張開兩類形式。??當(dāng)超聲波經(jīng)過材料微裂紋處吋，微裂紋的拉／壓效應(yīng)使微裂紋處形成了新的聲源，在??此處能產(chǎn)生非線性現(xiàn)象，從而導(dǎo)致出現(xiàn)有別于激勵信號的頻率出現(xiàn)。如圖２．３所示，為??超聲波在含微裂紋材料中的傳播示意圖。??部分閉合?／?ｆ完全閉合??／?ｎｆ??圖２．３微裂紋超聲非線性現(xiàn)象傳播示意圖??由圖２．３可知，當(dāng)微裂紋處于完全閉合的狀態(tài)時，超聲波僅存在線性反射和透射現(xiàn)??象，沒有產(chǎn)生新的頻率；但微裂紋處于部分閉合狀態(tài)時，激勵信號在微裂紋表面將發(fā)生??相互作用，此時微裂紋可以看作一個新的聲源，出現(xiàn)了除激勵信號之外的其他頻率分量，??產(chǎn)生了非線性現(xiàn)象。??２．３非線性超聲波動理論??２．３．１基本假定??傳統(tǒng)的線性超聲技術(shù)主要針對材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的脫粘、裂紋以及空洞等宏觀缺??陷的分布通過聲速、衰減等參數(shù)進行檢測，但當(dāng)固體介質(zhì)由于早期微損傷具有非線性時，??材料的非線性特性對聲波具有明顯的影響，使得超聲波信號呈現(xiàn)出較強的非線性效應(yīng)。??１３??

?發(fā)生改變；當(dāng)材料內(nèi)部存在微小缺陷時，兩個超聲波聲場將在材料中相互作用，從而產(chǎn)??生頻率為乂±／２的分量部分，出現(xiàn)波束混疊現(xiàn)象。圖２．２為波束混疊法的原理示意圖。??發(fā)射ｉｉ＊１？?接收信號??Ａ?■?Ａ??幅?ｃ＝＾＞?幅??值?Ｗ?■值??—??＞?????Ｕ??ｆ＇?ｆｉ?／．－／＊?／■?ｆｉ?ｆｉ－ｆｉ??圖２．２波束混疊法的基本原理??通過上節(jié)的分析，超聲波在含有微小缺陷的材料中傳播后會產(chǎn)生非線性現(xiàn)象，接收??信號在頻域方面會產(chǎn)生二次諧波分量。當(dāng)激勵的超聲信號為不同頻率聲波共同作用在材??料中時，所表現(xiàn)出的非線性現(xiàn)象會呈現(xiàn)出與單一頻率激勵下不同的形式，接收信號的頻??域?qū)a(chǎn)生波束混疊現(xiàn)象。同時使用兩種不同頻率的激勵信號同時對材料進行激發(fā)，在??材料內(nèi)部傳播后產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)部聲場耦合現(xiàn)象，在復(fù)雜聲場耦合情況下形成的非線性波??動方程無法得到精確的解析式及解�；诖�，本文在不考慮衰減因素的前提下對非線性??波動方程進行求解，并忽略高階非線性系數(shù)。??若激勵為包含兩個不同頻率的正弦分量的信號，不考慮聲波衰減和初始相位差，激??勵信號可表示為：??ｗ＜０）?＝?Ａ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]閉合裂紋非共線混頻超聲檢測試驗研究[J]. 焦敬品,樊仲祥,吳斌,何存富.  聲學(xué)學(xué)報. 2017(02)
[2]復(fù)合材料層壓板鉆孔分層激光超聲檢測方法[J]. 周正干,孫廣開,李征,陳秀成.  機械工程學(xué)報. 2013(22)
[3]機車車軸超聲自動檢測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王玉國,李雄兵,宋永鋒,張書增.  鐵道科學(xué)與工程學(xué)報. 2012(03)
[4]非線性無損檢測技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展[J]. 周正干,劉斯明.  機械工程學(xué)報. 2011(08)
[5]鋁合金薄板疲勞裂紋的非線性聲學(xué)特性[J]. 高桂麗,李大勇,董靜薇,石德全,石旭東.  機械工程學(xué)報. 2010(18)
[6]無損評價固體板材疲勞損傷的非線性超聲蘭姆波方法[J]. 鄧明晰,裴俊峰.  聲學(xué)學(xué)報(中文版). 2008(04)
[7]金屬疲勞造成敦賀核電站事故[J]. 卜靈.  國外核新聞. 1999(09)

博士論文
[1]金屬構(gòu)件疲勞損傷非線性超聲檢測方法研究[D]. 閻紅娟.北京理工大學(xué) 2015
[2]奧氏體不銹鋼服役損傷的非線性超聲檢測與評價研究[D]. 張劍鋒.華東理工大學(xué) 2014



本文編號：3315527