先进复合材料超声无损检测新技术的应用

 针对航空航天高端装备制造与服役过程中复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测、快速检测、现场检测等问题,依托自主研制的新型超声检测系统开展实验研究,基于相控阵超声技术实现碳纤维增强树脂基复合材料L型构件R区孔隙、分层缺陷检测;基于空气耦合超声技术实现蜂窝夹芯复合材料脱黏缺陷检测;基于激光超声技术实现碳纤维树脂基复合材料孔隙、紧固孔分层检测及耐高温复合材料分层缺陷检测。分析了各项技术的关键问题、应用范围和发展方向。研究结果表明,应用超声无损检测新技术可以实现复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测和快速检测,并且可以现场应用。     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

应力历史影响下混凝土应力的激光超声检测

为了探讨应力历史对激光超声技术检测混凝土应力状况的影响,应用声弹性技术原理,开展了基于激光超声的混凝土试件单轴循环加载试验,分析了应力历史对声弹性效应的影响。试验结果表明,多次循环荷载作用后瑞利波速度与应力在荷载循环阶段表现出稳定的正比例关系。由实测瑞利波相对波速与应力拟合得到的声弹性系数可用于计算混凝土试件绝对应力,计算误差受历史应力影响,声弹性公式的应用表现出一定的局限性。根据试件从无应力状态重新加载直至破坏状态这一阶段非绝对线性的波速—应力曲线,利用70%的极限应力定义了混凝土构件的安全系数并构建了安全系数与应力状态的模型,提出了一种基于激光超声的混凝土应力状况判别方法,对混凝土绝对应力的计算结果加以补充判断,为混凝土应力状况的检测与评价提供参考。     

激光超声无损检测技术

根据电磁理论，推导了在固体中激光超声产生的热膨胀机理和电子机理。研究了激光超声信号的光学检测方法。结果表明，激光超声可以重复产生窄脉冲，在时间和空间具有极高的分辨率，适用于材料的无损检测。     

激光超声的铝板缺陷可视化检测方法

为了提高激光超声检测铝板缺陷的最大振幅超声波C扫描图像的质量并精确识别缺陷大小,在算法上,提出滤波和差分相结合的数据处理方法;在实验上分别用不同频率不同角度的超声换能器对铝板缺陷扫描激励检测确定最优检测参数.实验结果表明:超声换能器与铝板之间90°倾角耦合时虽然可以有效识别表面缺陷,但45°倾角耦合时,超声换能器对铝板...     

功率超声激励非线性振动测试装置设计与实验研究

针对超声热成像检测中非线性振动问题,设计了激光探头夹持装置,构建了一套非接触式激测振系统,开展了功率超声激励下变幅杆振动特性响应试验,验证激光测振系统的有效性。在此基础上,开展了功率超声激励下试件振动特性影响试验,重点研究了耦合剂和粗糙度对振动特性的影响,结果表明：耦合剂能增强缺陷生热是因为提高了超声能量的传递效率,增大试件的振动幅值,促进了试件的振动,这也为超声热成像检测时选用适宜的耦合剂提供了一种试验途径。同时,一定程度的粗糙度可以起到类似耦合剂的作用,增强超声的能量传递,促进试件的振动。     

激光激发瞬态Lamb波的实验检测与数值模拟

为研究板材中Lamb波的产生和传播特性，该文提出了采用光纤耦合反射式光束偏转技术进行探测的方法，讨论了这一测试方法对应的原理。进而用有限元方法对激光融蚀机制下激发的Lamb波的演变过程进行了数值模拟。所获得的实验结果与数值计算波形图基本一致，证明该文所提出的测试方法在激光超声检测领域具有应用价值。     

基于B/S方式的分布式仿真系统的实现

基于B/S方式的分布式仿真系统建立于ASP.NET技术和FlashActionScript技术之上,本文应用此项技术对超声波探伤系统的仿真,将工件中的缺陷或者试块中的人造缺陷通过建模转换为Flash的ActionScript可以处理的对象,对探伤过程进行仿真模拟,使用户可以在一个较为真实的环境中学习超声波探伤技术。     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

模拟深海采矿混响环境实验装置研究

针对真实深海采矿环境下实时微地形超声探测声信号获取难的问题,设计并建立了一套能模拟真实深海采矿混响环境的超声探测实验系统.在对螺旋采掘头结构简化的基础上,利用Fluent模拟了螺旋采掘头与多组叶轮模型对水下流场的影响,对二者所得的水下流场进行比较后,确定所选叶轮模型能较好地反映真实采矿环境.随后针对叶轮模型,实验测量了泥沙垂向浓度分布,验证了设计模型的正确性.最后进行超声探测实验,结果表明,悬浮泥沙不仅对声波产生黏滞和吸收,而且会产生严重的混响干扰,通过该超声探测系统的时间增益补偿,可有效抑制混响干扰,增加目标检测概率.本项研究为深海采矿混响环境下的超声微地形探测提供了研究基础.     

激光清洗技术的初步研究和应用

激光清洗技术与其他清洗方法（化学清洗、超声波清洗等）相比,具有保证清洗对象无损、清洗效果好、精细、无污染等优点,正在被广泛的研究和应用.根据去除原理的不同,激光清洗技术被分类为干式激光清洗、湿式激光清洗和激光等离子体冲击波等方法.本文介绍了本单位项目组对激光清洗技术的初步研究和应用.     

固体表面超声波信息的光学提取方法的研究

设计了一种能够精确测量固体表面微位移的实验装置,该装置以迈克耳逊干涉仪为基础,采用激光相干探测技术提取固体表面超声波信息。推导由超声波传播而引起的固体表面微小位移与探测器输出的电学量之间的关系。     

镍基合金激光快速成形裂纹控制技术

裂纹控制技术是镍基合金激光快速成形技术广泛应用和进一步工业化的关键.从熔覆层金相组织、物相组成、残余应力、宏观形貌和断口观察等角度分析了Ni60合金激光快速成形裂纹形成的原因,提出了相应的裂纹控制策略.研究表明:Ni60合金的激光快速成形裂纹主要是由于硬脆相引起的熔覆层低延性及残余内应力导致的脆性冷裂纹.通过调整合金成分,优化工艺参数,以及引入超声振动等措施,可以改善镍基合金激光快速成形组织,提高塑韧性,降低残余内应力,从而降低裂纹敏感性,减少或消除裂纹.     

定距发射/接收干耦合检测探头设计与实验研究

针对固体火箭发动机(SRM)壳体复合材料在加工、存储过程中可能出现脱黏等缺陷的问题,提出了一种干耦合检测方法;并进行了实验验证。基于探头的声匹配理论,针对复合材料表面无法使用耦合剂及由此产生的超声波能量损失过大的问题,提出了采用超声变幅杆实现声匹配及能量集中功能的方法;基于探头的电匹配理论,针对探头与超声波发射/接收装置之间能量转化效率低的问题,设计了探头的匹配电路。对预制有三个不同直径缺陷的复合材料壳体通过不同的角度进行了检测实验,并将匹配后探头和未匹配探头的检测结果进行了对比。结果表明该方法能够较好的对复合材料的缺陷进行识别,经过电匹配后的探头可将检测灵敏度提高2~3倍。     

核电站M56螺栓超声检验技术浅谈

本文针对核电站M56螺拴的特殊性,通过试验选择最适合M56螺栓超声检测技术,研究了不同角度不同频率超声探头检测的结果及不可达区.结果表明：仅通过超声检测方法无法实现对M56螺栓检验区域的完全覆盖,必须辅以渗透、目视等其他无损检测方法.     

超声方法检测感光乳胶中气泡的实验研究及检测装置

本文介绍检测感光乳胶中气泡的实验研究及检测装置的原型.由于不能使用通常的光学方法,故采用超声方法是合适的.而其中又以非多普勒方法更为简单与费用低廉.实验结果表明,所设计的装置能可靠地检测直径小至0.2亳米的气泡,极少漏报与虚警.     

基于深度学习的管道焊缝超声检测缺陷识别方法

超声无损检测是目前管道焊缝质量检测应用最为广泛的一种检测手段,但是迄今为止在很大程度上依赖于训练有素的人体检查员的专业知识和判断。目前在深度学习的方法已经很好的应用于基于图像数据的管道焊缝缺陷智能检测,但是对于深度学习辅助判断超声无损检测却进展缓慢。主要原因是超声无损检测数据的复杂性（步长大、多模态、多峰分布等）,神经网络训练往往出现梯度消失或爆炸的问题,而且能用于训练的标准数据集也严重匮乏。为了克服这些困难,首先引入特殊标准化方法和全连接隐含层实现了一种超声无损检测数据增强方法FMC-GAN构建虚拟数据集,再根据改进的LSTM-FCN模型并引入门函数,以此彻底克服超声无损检测数据复杂性。最后实验表明LSTM-FCN网络识别真实检测数据中的缺陷漏检率为0,各缺陷综合正确识别率高于95.6%,达到工业检测的要求,为超声无损检测智能化发展提供重要研究基础。     

激光超声无损检测技术研究

阐述了激光超声技术的产生机理,重点介绍了激光超声的热弹效应,探讨了激光超声检测技术的检测系统及其在工业发展中的应用前景,并对其激发原理进行了研究。     

基于超声热波方法的铝合金应力腐蚀裂纹检测与识别

针对飞行器结构中应力腐蚀裂纹的快速高效检测需求,采用超声红外热波方法进行了检测试验研究。在改进WOL铝合金材料应力腐蚀裂纹试件上,改变超声激励位置在裂纹尖端延伸方向并沿裂纹接触面的切线方向上、在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上以及在试件开口延伸方向并垂直于裂纹接触面上,获得了不同激励位置下试件的表面温度场分布,通过提取裂纹方向上的线温,实现了对裂纹的定量识别。结果表明:超声红外热波技术能够快速准确地检测到铝合金应力腐蚀裂纹,将超声波激励源布置在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上时,能够更好地激发裂纹缺陷。     

AM ultrasound-modulated optical tomography with realtime FFT

We report on a novel ultrasound-modulated optical tomographic technique applied in dense tissue-simulating turbid media. A 1 MHz ultrasound beam is focused into the media to modulate and tag the scattering laser light passing through the ultrasonic focused zone. A 10 kHz sinusoidal wave, as a detection wave, is carried by the ultrasound beam through amplitude-modulation (AM). The scattering photons that come from the focused zone carry the modulated information, received by detector and demodulated by real-time fast Fourier transform (FFT). The optical tomographic images of the tissue simulating media and buried object are reconstructed with AM spectral intensity. This method can be applied to imaging three-dimensional tissue structures with different optical parameters. For the first time, we obtained the tomography of buried objects in biological tissue phantoms with a detecting depth of 30 mm.