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薄板Lamb波无损检测概况以及国内外研究现状

时间:2019-02-20 15:33来源:毕业论文
超声Lamb波检测已经广泛的使用在均匀介质和各向同性的介质材料的无损检测中,但是由于Lamb波具有频散、多模式等特点,使Lamb波在信号的激励、以及信号处理方面相当复杂,很大程度

超声Lamb波检测已经广泛的使用在均匀介质和各向同性的介质材料的无损检测中,但是由于Lamb波具有频散、多模式等特点,使Lamb波在信号的激励、以及信号处理方面相当复杂,很大程度上限制了薄板Lamb波检测技术在工业方面的应用。33409
Lamb波频散曲线是由瑞利-兰姆方程求解所得,描述了Lamb波的波动特性。美国的 F.A.Firestone等人首先将Lamb波技术应用于薄板检测,之后D.C.woriton等人绘制了铝和锆的频散曲线,并分析了不同板波模式的频散特征[5]。后来德国的P.Holler等人证实了Lamb波方法用于缺陷检测的可行性[6]。l978年,Domarkas等提出利用声表面波在表面缺陷附近的回波声场来判定缺陷的大小和深度[7]。Sachse等人对检测回波的相速度进行了测量,又采用 PS/PR 技术获得了低频模式的Lamb波的群速度频散曲线[8-10]。美国航空航天局的Saravanos等人利用 Lamb波方法检测了复合材料梁结构内部的分层缺陷,并从理论与实际两方面证实了检测结果的有效性[11]。90 年代后期,S.W.Kercel等人将贝叶斯参数分离技术用于Lamb波的模式识别中,得到了较好效果[12]。最近,国内的他得安[13]等人提出在Lamb波检测缺陷时用接收信号的群速度来确定缺陷位置,且数值模拟和实验都表明用接收信号的模态能量百分比来评估缺陷深度的方法具有可行性。论文网
目前,Lamb 波检测技术的研究主要可分为实验研究、数值分析以及信号处理三个方面,其中实验研究贯穿于数值分析与信号处理中。数值分析方面重点研究Lamb波与缺陷作用机理,为实验检测提供理论支持;信号处理的重点为模式提取、分析,给回波信号合理的解释,对缺陷定性定量分析等。 源`自*六)维[论*文'网www.lwfree.cn
数值分析方面,1985年国外学者Kass [14]采用有限元法研究分析单层铜材料中激光激发频率低于100kHz的超声信号。1995年,Lee[15]等提出了激光Lamb波的有限元数值模型,讨论网格大小对温度场和应力场的影响,数值模拟低阶模态的Lamb波,然而该研究既没有讨论Lamb波的色散特征,也没有涉及对激光输入参数、材料参数和超声波形特征参数之间的定量关系的叙述。2004年,倪晓武[16] 等设置了吸收边界条件,采用有限元方法成功地数值模拟了脉冲激光作用于单层系统和薄膜、基底系统表面产生的瞬态温度场及激发的位移波形,研究了激光输入参数和激光产生超声特征之间的关系。2007年,Terrien等[17]采用一种结合有限元和模态分解的方法研究了薄板缺陷引起的Lamb波模式转换问题,对比传统的模拟技术,该方法能够探测高频厚积板材的缺陷位置,Lamb波模式转换,可以随机设置缺陷几何形状,大小和数量。2009年许伯强[18]等基于谱有限元方法模拟脉冲激光作用于材料上产生超声波以及传播过程,研究了横观各向同性材料中激光超声波的传播特征,为进一步研究在粘弹性等复杂介质中的超声波传播特征提供工具。2010年,孙宏祥和许伯强[19]在时域和频域上建立激光激发Lamb波的有限元模型,比较两者的求解过程,进一步研究在频域中激发粘弹性Lamb波的传播问题。2012年,陈丽娟[20]等基于谱有限法和模态展开法,建立各向异性薄板中激光激发Lamb波的数值模型,研究其Lamb波沿不同方向传播的传播特性。
实验上,1992年时Alleyne[21]采用有限元和实验的方法研究了超声Lamb波与槽形缺陷的交互用,结果表明,超声Lamb波检测槽形缺陷的灵敏度与选取的频厚积、模态类型、模态阶数及槽形缺陷的几何特征有关,反射、透射系数关于槽形裂纹宽度变化不敏感,而关于深度变化很敏感。2002年,Lowe和Diligent等[22,23]采用有限元方法数值模拟了低频A0和S0模态在槽形缺陷处的散射,并对此进行了相应的实验验证,进一步研究了S0模态在平底孔处的散射现象。2005年,Giurgiutiu[24]通过数值模拟结合实验方法研究了PZT在平板中激发Lamb波进行损伤识别,并探讨了对激励信号和检测方式的优化问题。实际中利用超声Lamb波进行无损检测时,因为超声信号发射器与接收器之间的距离不够长,导致激发信号与回波信号重叠程度较高,对缺陷信号的处理十分不便。在2008年,T.Shimomukai[25]等人采用分别在板的上下表面的相同水平位移处设置发射器的方法激发和接收单一Lamb波反对称模态或对称模态,该方法的出现减少了信号处理的复杂度。2012年,Castaings等[26]人研究了Lamb波散射场的传播,并通过测量反射系数判断裂纹区域大小。2013年,刚铁和刘强[4]在有限元模型上采用单一波结构方式加载,得到单一Lamb波模式,模拟在2mm薄板中A0和S0模式的传播过程,通过缺陷回波反射系数识别缺陷尺寸,并对此进行了实验验证。研究表明不同模式对缺陷尺寸敏感程度不同,A0模式对缺陷尺寸敏感,S0模式难以识别缺陷尺寸。2014年,Clough和Edwards[27]提出了一种放大缺陷信号的幅值的信号处理方法可以完成短距离内的Lamb波缺陷检测,用对称激光激发系统激发Lamb波,并对铝板中不同深度的激光切割加工的倒三角凹槽缺陷进行检测,用时频分析技术按不同频率扫描识别单个信号,并用特定的频率放大信号幅值,根据放大信号可以定位缺陷和判别损伤程度。 薄板Lamb波无损检测概况以及国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190220/30506.html
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