融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究

基于不同模态Lamb波与孔边裂纹相互作用的基本原理,聚焦不同模态Lamb波波包飞行时间精确检测问题,以各向同性板中的孔边裂纹为研究对象,开展了融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究。首先,使用宽频chirp信号激励稀疏传感器阵列产生Lamb波,并采集通孔散射信号作为基线信号,采集孔边裂纹散射信号作为缺陷信号。其次,对chirp响应信号进行滤波处理,优化选取窄带单音频脉冲响应信号的中心频率和调制周期数。然后,对基线单音频脉冲响应信号进行Radon变换,得到优化后的群速度和偏移时间,并计算出Lamb波波包飞行时间。最后,使用椭圆定位成像算法对孔边裂纹进行定位成像,并将成像结果与名义群速度法的结果进行对比。结果表明,使用Radon变换可以准确获取Lamb波波包飞行时间,提升了不同模态Lamb波对孔边裂纹缺陷的检测能力。     

基于全向EMAT的金属板缺陷Lamb波层析成像方法

基于全向电磁超声换能器(EMAT)的Lamb波层析成像(LWT)技术是获取金属板材中缺陷图像的有效方法。但是,由于Lamb波(LW)具有频散和多模态特性,传统全向Lamb波EMAT的检测波形复杂,LW的模态识别、走时提取和层析成像精度较低。本文提出了一种基于新型结构全向EMAT的LWT方法,即利用伪Wigner-Ville分布(PWVD)对该新型EMAT检测波形进行走时提取,并采用跨孔成像技术进行LWT。实验结果表明:相比传统EMAT,所研制的新型EMAT可以收发更纯净的单一A0模态LW;基于PWVD的走时提取方法比传统方法精度更高。在此基础上,使用所提出的LWT方法对铝板上的人工缺陷进行图像重构,获得的缺陷轮廓尺寸与实际值吻合良好。该成像方法有助于提高金属板缺陷LWT的精度。     

三维埋藏裂纹的非线性Lamb波敏感性研究

采用数值模拟的方法,建立三维埋藏损伤裂纹单元,对非线性Lamb波的敏感性进行研究.利用ABAQUS软件,通过拉伸的方式建立损伤裂纹单元并将其嵌入长板模块中,形成一种肉眼不可见的埋藏裂纹模型,通过侧面激发出单S0模态信号与板中埋藏裂纹的相互作用而产生非线性效应.在相同激励条件下改变裂纹的尺寸从而获得不同的时域接收信号,然后对接收信号进行频谱分析,并对谐波与基波信号幅值比的变化展开研究.频谱图的数值结果表明,非线性Lamb波信号对三维模型中不同尺寸的裂纹具有不同的反应灵敏度,非线性信号会随着裂纹长度或高度的增加而增强,会随着裂纹厚度的增加而变弱,即非线性Lamb波对薄的微裂纹具有更高的敏感性;幅值比的分析表明,该参数可以作为Lamb波早期微裂纹检测的重要指标.     

激光超声技术下的运动损伤非接触检测方法

为解决运动损伤检测误差大、用时长的问题，提高检测效果，提出激光超声技术的运动损伤非接触检测方法。利用激光超声技术对人体运动损伤区域进行扫描，使用简谐振动方法建立运动损伤传输模型采集Lamb波信号；对采集到的Lamb波信号通过连续小波变换方式进行预处理，抑制传输时的干扰信号；利用多模态融合方法提取Lamb波中不同模态的能量数值作为信号特征值，分析Lamb波信号中不同模态的能量数值，利用移动的时间窗计算模态能量值，将能量数值异常的信号区域转化为反射畸变特征的图像区域，采用Neumann neighbor求解此区域Lamb波信号能量异常值，比较每个像素点与其邻近像素点的能量差异，以确定运动损伤位置成像像素点，完成运动损伤检测。测试结果表明，所提方法能够完成非接触检测不同部位运动损伤，且损伤检测图像的信噪比达到42 dB，检测精度高于95%，检测均方误差值最大值为0.05，检测耗时低于4 s，解决了运动损伤检测误差大，耗时长的问题，提高了运动损伤非接触检测效果，具有可广泛使用的价值。     

基于波包能量的裂纹扩展监测实验研究

采用主动Lamb波监测技术对铝板结构中的疲劳裂纹扩展进行了实验研究.首先通过布置在结构中的压电片激发并采集Lamb波信号.然后分别把Lamb波信号的原始信号、信号包络及其特定尺度上的小波系数模值定义为波包,并建立了不同定义下波包能量的计算公式.将结构在裂纹扩展过程中传感器所接收的Lamb波So模式波包能量与健康状态下所得到的波包能量进行对比,得到每个裂纹扩展阶段的能量差,将其归一化后得到相应的裂纹损伤特征参数.最后通过实验分析得到该损伤特征参数与裂纹扩展程度之间的对应关系,从而揭示出Lamb波随裂纹扩展的变化规律.实验结果表明,利用上述方法所得到的裂纹损伤特征参数随裂纹扩展表现出特定的变化规律.该规律对于裂纹监测的进一步研究具有促进作用.     

基于缓冲波导的T(0,1)模态导波激励方法实验研究

缓冲波导是解决超声传感器在高温管道在线检测中失效问题的重要途径。针对已提出的通过在缓冲波导内产生S0模态的Lamb波,并利用缓冲波导与管道的连接耦合,间接激励出T(0,1)模态导波的方法,本文进行了实验研究,设计并研制了用于激励S0模态Lamb波的曲折型线圈电磁超声换能器和用于接收T(0,1)模态导波的周期性永磁铁阵列式电磁超声换能器。结果表明:S0模态的Lamb波通过缓冲波导后能够激励出T(0,1)模态的导波对管道进行检测,从而验证了该方法的有效性,并为该方法的工程应用奠定了基础。     

基于超声Lamb波技术的储罐底板缺陷检测

 针对储油罐底板长期服役过程中罐底边缘板常发生腐蚀的情况,研发出一种超声Lamb波检测技术,开展了相关实验研究并设计了一套储罐检测自动化装置。对14mm大厚度钢板进行了仿真分析,计算出激发角度曲线,得出其A0模态Lamb波最佳激发角度为70°。设计加工了某2万m³成品油储罐底板1:1实验模型,并使用设计的UT350平板导波检测系统在该模型板上开展了实验,当激励信号频率为490kHz时检测结果最佳。实验结果表明Lamb波A0模态的低频脉冲信号能实现对大型钢板的缺陷检测,具有较好的缺陷识别能力。设计了一套能紧贴储油罐壁自动行走的储罐底板自动化检测装置,该装置可根据储罐边缘板自动调节传感器角度和压紧力,能根据检测效果调节行走速度。实现了对储罐底板缺陷连续、高效、稳定的在线检测过程。研究结果和设计装置实现了对储油罐底板缺陷检测,为储罐安全运行提供了保障。     

离散解析互相关的Lamb波频散特性估计方法

针对实验估计Lamb波频散特性需要借助传感器阵列或空间密集采样的问题,提出了一种基于离散解析互相关的频散特性估计方法。采用一发一收法,移动接收换能器在两个相邻位置采集Lamb波响应信号;计算两组响应信号之间以及原始激励信号与响应信号之间的离散解析互相关、估计欲知模态的群延迟和相延迟;在此基础上,求得该模态的群速度和相速度频散曲线。数值仿真和实验结果表明:当信噪比在15 dB以上时,离散解析互相关法估计A_0模态和S_0模态频散特性的最大相对误差在1%左右。该方法在待测结构几何参数和材料属性未知的情况下,仅需经过两次测试就可实现Lamb波频散特性的精确估计,测试和计算效率高,能够满足实际工程应用。     

Lamb波在对接焊缝中的传播特性及影响因素

许多承压类特种设备事故都源于焊接缺陷,焊接质量的好坏直接影响产品使用的安全可靠性.利用超声Lamb波快速扫查的特点可对焊接质量进行有效评估.针对Lamb波在焊缝中的传播特性分析,建立对接焊缝的三维有限元仿真模型,采用焊缝端部(板侧)激励的方式进行数值仿真研究,解释了Lamb波在对接焊缝中的能量束缚和能量衰减现象,并分析了对接焊缝余高、焊缝宽度及杨氏模量变化对Lamb波传播规律的影响.试验研究验证了上述有限元仿真计算结果的正确性,为对接焊缝的质量评估提供了一种参考方法.     

压电晶片激发理想流体中各向异性板的泄漏Lamb波

基于流固耦合理论,采用有限元方法,建立压电激发理想流体中各向异性板的泄漏Lamb波的数值模型.数值模拟研究单向纤维增强复合材料中的泄漏Lamb波的色散和衰减特征,得到了全波场数值解,进而分析了不同激励频率,不同纤维取向对波形的影响.结果表明:理想流体中各向异性板的泄漏Lamb波可存在非色散,衰减较小的So模态和色散,衰减较大的Ao模态;通过选择激励频率可以选择合适的传播模态.材料纤维取向不同会影响泄漏波形的传播速度以及色散和衰减特性.数值模拟建立了激励源、材料参数以及相应波形之间的定量关系,可为泄漏Lamb波技术应用于NDE和NDT提供理论参考.