【摘要】：作為無損檢測的方法之一,超聲無損檢測憑借其快捷、高效、適用范圍廣的特點(diǎn)吸引了國內(nèi)外諸多學(xué)者對這一領(lǐng)域進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的超聲無損檢測方法主要是基于超聲波在傳播過程的衰減、波速、反射等信息評價(jià)結(jié)構(gòu)的宏觀損傷和缺陷,比如材料或結(jié)構(gòu)中的開裂、孔洞、開焊、脫粘等。但是上述信息對于構(gòu)件內(nèi)部的微觀損傷、力學(xué)性能退化等則不能有效的檢測和評價(jià)。研究表明,超聲波的非線性效應(yīng)對構(gòu)件的微觀損傷比較敏感,可以利用這一特性進(jìn)行超聲無損檢測。 由于Lamb波在板中傳播距離遠(yuǎn)、衰減小,特別適合于對大面積板材和粘接結(jié)構(gòu)的檢測。因此,本文主要研究Lamb波的非線性效應(yīng)對金屬材料力學(xué)性能退化和粘接結(jié)界面固化性能的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)材料采用型號AL6061-T6的1mm厚鋁板,粘接劑選用AB膠和環(huán)氧樹脂。根據(jù)理論二次諧波累積效應(yīng)的條件,采用預(yù)定角度有機(jī)玻璃斜楔和超聲探頭激發(fā)和接收Lamb波。通過對采集到的Lamb波時(shí)域信號分別進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換(STFT)和快速傅里葉變換(FFT)求解基頻和倍頻幅值,進(jìn)而計(jì)算非線性系數(shù)。研究超聲非線性系數(shù)與試件拉伸殘余應(yīng)變和粘接界面固化時(shí)間的關(guān)系,結(jié)果表明： 1、在材料力學(xué)性能退化研究中,利用3.61MHz的超聲波激發(fā)S1模態(tài)的Lamb波,對接收到的信號進(jìn)行STFT變換分析并計(jì)算非線性系數(shù)。結(jié)果表明：拉伸殘余應(yīng)變值為0%～6%范圍內(nèi)時(shí),非線性系數(shù)隨殘余應(yīng)變增加而增加,最大值為1.4,比初始值高出40%；當(dāng)拉伸殘余應(yīng)變值在6%-10%范圍內(nèi)時(shí),非線性系數(shù)隨殘余應(yīng)變增加而表現(xiàn)出下降趨勢。此外,還討論了A1模態(tài)在3.0MHz下的Lamb波的FFT變換,結(jié)果表明：在開始至屈服階段,非線性系數(shù)隨拉伸殘余應(yīng)變的增加而稍許增加：在屈服直至塑性破壞階段,非線性系數(shù)隨拉伸殘余應(yīng)變的增加基本保持不變。因此,利用非線性系數(shù)能夠有效地對金屬材料的塑性損傷進(jìn)行評價(jià)。 2、在粘接界面固化性能評價(jià)中,利用3.61MHz的超聲波激發(fā)S1模態(tài)的Lamb波,對接收到的信號進(jìn)行STFT變換分析并計(jì)算非線性系數(shù)。結(jié)果表明：對AB膠固化過程在0-80分種,非線性系數(shù)隨固化時(shí)間呈急劇下降趨勢,在80～360分鐘,基本保持平穩(wěn)；對環(huán)氧樹脂膠固化過程在0～150分鐘內(nèi),非線性系數(shù)隨固化時(shí)間呈先上升后下降的趨勢,在150～300分鐘內(nèi),又表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,但第二次峰值明顯比第一次小,300～400分鐘內(nèi)基本保持平穩(wěn)。由此,利用非線性系數(shù)可以反映兩種粘接膠不同的固化過程。
【圖文】：

在眾多行業(yè)取得了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，比如鋼鐵工業(yè)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、石油化工業(yè)、鐵路運(yùn)輸工業(yè)、航空航天工業(yè)以及高速發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等。如圖1-1所示為超聲無損檢測在一些重要領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。W酬191^1 \ & ：(a)利用超聲波檢測鋼軌 （b)利用B超為孕婦做健康檢查(C)利用超聲波檢測輸電設(shè)備 （d)利用超聲波檢測發(fā)電機(jī)構(gòu)件圖1-1超聲無損檢測技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用Fig. 1 - 1 Applications of nondestructive ultrasonic testing technology1

實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，超聲波的非線性效應(yīng)與材料力學(xué)性能之間存在緊密聯(lián)系。如圖1-3所示為在線性介質(zhì)和非線性介質(zhì)中傳播的超聲波。對非線性介質(zhì)來說，，單一頻率的超聲波會(huì)發(fā)生二倍頻、三倍頻等高次諧波成分。3
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O347.4;TG115.28

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2554787