本文關(guān)鍵詞：超聲相控陣裂紋定量檢測(cè)有限差分法數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：壓力容器中不同程度地存在著裂紋類(lèi)缺陷,危害性極大,對(duì)其進(jìn)行定量無(wú)損檢測(cè)有著十分重要的意義。超聲相控陣技術(shù)能對(duì)裂紋類(lèi)缺陷進(jìn)行快速成像和定量檢測(cè),且定量精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)超聲。但由于超聲相控陣設(shè)備昂貴,缺陷試塊制作成本高、制作周期長(zhǎng),給超聲相控陣裂紋定量實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)了諸多不便。超聲相控陣檢測(cè)數(shù)值模擬研究,不僅能提供實(shí)際檢測(cè)所不具備的硬件條件、有助于更清楚地理解聲波在被檢試樣中的傳播規(guī)律及其與缺陷的相互作用,同時(shí),還可指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)選以及缺陷圖像的判別等,為科學(xué)研究和實(shí)際檢測(cè)提供了極大的方便。 本文針對(duì)一維線陣相控陣探頭,基于有限差分方法(Finite Difference Method,FDM),建立了超聲相控陣檢測(cè)的數(shù)值模型,并在此模型基礎(chǔ)上開(kāi)展了裂紋類(lèi)缺陷定量研究,分析了缺陷狀態(tài)及聚焦參數(shù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。主要研究工作如下： (1)基于超聲相控陣檢測(cè)的基本原理,以及聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦和聚焦偏轉(zhuǎn)條件下陣元時(shí)間延遲的計(jì)算公式,選取ZETEC LM-5MHz線陣縱波探頭(總晶片數(shù)為64個(gè)單次激發(fā)32晶片)為模擬對(duì)象,建立了超聲相控陣檢測(cè)的數(shù)值模型。模擬計(jì)算了四種聚焦方式下碳鋼試塊中深度25mm、直徑5mn橫通孔的回波信號(hào),并分析了其B掃視圖成像特點(diǎn)。采用實(shí)驗(yàn)對(duì)比方式,驗(yàn)證了模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 (2)選取相對(duì)傳播時(shí)間法(Relative Arrival Time Technique, RATT)為裂紋定量方法,并給出了相應(yīng)計(jì)算公式。針對(duì)厚度55mm碳鋼試塊中不同狀態(tài)的底面切槽,研究了切槽高度、寬度、取向?qū)夭ㄐ盘?hào)的影響,分析了回波信號(hào)幅值以及B掃視圖特征,同時(shí)對(duì)定量精度進(jìn)行了比較,模擬結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)的良好驗(yàn)證。文中還模擬了內(nèi)部埋藏缺陷(缺陷長(zhǎng)度為5mm)的B掃視圖,其定量誤差為-0.17mm；對(duì)真實(shí)形貌裂紋的模擬結(jié)果表明,超聲相控陣B掃視圖能有效反映裂紋形貌,但尖端衍射信號(hào)的識(shí)別較為困難,定量誤差偏大。 (3)研究了掃查角為20°-50°時(shí)底面切槽的B掃視圖成像,結(jié)果表明：尖端衍射信號(hào)和端角信號(hào)在B掃視圖中的相對(duì)距離隨掃查角度的增大而減小,當(dāng)掃查角為30°-40°時(shí),兩者能較好區(qū)分,易于進(jìn)行缺陷定量；研究了聚集深度對(duì)底面切槽回波幅值的影響,證明合理設(shè)置聚焦深度能有效提高回波信號(hào)能量,但是當(dāng)聚焦深度超過(guò)探頭近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度時(shí),改善作用很小。
【關(guān)鍵詞】：超聲相控陣 有限差分法 數(shù)值模擬 裂紋定量 相對(duì)傳播時(shí)間法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH49;TG115.285
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 超聲相控陣檢測(cè)的數(shù)值模擬10-15
• 1.2.1 超聲相控陣檢測(cè)數(shù)值模擬主要方法10-11
• 1.2.2 超聲相控陣檢測(cè)有限差分法數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容15-16
• 2 超聲相控陣技術(shù)原理16-24
• 2.1 超聲相控陣檢測(cè)原理概述16-17
• 2.2 超聲相控陣的聲束控制17-19
• 2.3 超聲相控陣的聲束掃描方式19-21
• 2.3.1 電子掃描19-20
• 2.3.2 扇形掃描20
• 2.3.3 深度聚焦20-21
• 2.4 超聲相控陣的圖像顯示21-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 超聲相控陣檢測(cè)模型的建立及驗(yàn)證24-39
• 3.1 固體聲場(chǎng)方程的差分展開(kāi)24-26
• 3.2 超聲相控陣陣元的延遲計(jì)算26-30
• 3.2.1 聲束偏轉(zhuǎn)時(shí)陣元的延遲計(jì)算26-27
• 3.2.2 聲束聚焦時(shí)陣元的延遲計(jì)算27-28
• 3.2.3 聲束偏轉(zhuǎn)聚焦時(shí)陣元的延遲計(jì)算28-30
• 3.3 超聲相控陣數(shù)值模擬波源參數(shù)30-32
• 3.3.1 探頭幾何參數(shù)30-32
• 3.3.2 發(fā)射波形32
• 3.4 邊界條件與計(jì)算穩(wěn)定性32-33
• 3.5 模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證33-38
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試塊33-34
• 3.5.2 模擬及驗(yàn)證34-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 4 超聲相控陣檢測(cè)模型在裂紋定量中的應(yīng)用39-62
• 4.1 裂紋定量方法39-44
• 4.2 缺陷狀態(tài)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響44-57
• 4.2.1 底面切槽高度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響44-50
• 4.2.2 底面切槽寬度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響50-52
• 4.2.3 底面切槽取向?qū)z測(cè)結(jié)果的影響52-53
• 4.2.4 埋藏缺陷檢測(cè)模擬研究53-56
• 4.2.5 真實(shí)裂紋檢測(cè)模擬研究56-57
• 4.3 聚焦參數(shù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響57-60
• 4.3.1 偏轉(zhuǎn)角度57-59
• 4.3.2 焦點(diǎn)位置59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表論文情況66-67
• 致謝67-68

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  本文關(guān)鍵詞：超聲相控陣裂紋定量檢測(cè)有限差分法數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：389948