基于蘭姆波的裂紋定位及方向判定方法研究.pdf

1、大型起重設(shè)備多由鋼板焊接而成，且長(zhǎng)期工作在高低溫、大載荷、腐蝕等惡劣環(huán)境下，當(dāng)應(yīng)力水平超過許用應(yīng)力時(shí)易產(chǎn)生裂紋損傷，為起重機(jī)的安全運(yùn)行埋下了隱患。因此，對(duì)一種及時(shí)、有效、準(zhǔn)確的裂紋損傷檢測(cè)方法進(jìn)行研究是必要且緊迫的。本文采用主動(dòng)蘭姆波技術(shù)，基于彈性動(dòng)力學(xué)理論，借助于有限元仿真研究與試驗(yàn)測(cè)試方法，對(duì)鋼板早期裂紋的定位及方向判定方法進(jìn)行了研究。
　　首先，結(jié)合彈性動(dòng)力學(xué)理論，從蘭姆波的波動(dòng)方程著手，研究了鋼板中蘭姆波的頻散特性，并繪制

2、出頻散曲線;結(jié)合ABAQUS有限元軟件探究了超聲蘭姆波的窄帶激發(fā)方式，并在此基礎(chǔ)上對(duì)不同的窗函數(shù)、不同的中心頻率、不同的正弦波峰數(shù)等蘭姆波關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了深入的研究，確定了最佳激勵(lì)信號(hào)即:經(jīng)由漢寧窗調(diào)制的5波峰正弦波;結(jié)合蘭姆波雙元激勵(lì)法理論，利用雙側(cè)激勵(lì)實(shí)現(xiàn)了鋼板中單一模式蘭姆波的激發(fā);通過提出的板兩側(cè)施加雙側(cè)激勵(lì)及雙側(cè)同時(shí)接收的方法，成功實(shí)現(xiàn)了板中多模式蘭姆波的分離與提取。
　　其次，運(yùn)用顯式積分法在有限元仿真軟件中建立了三維仿

3、真模型，并針對(duì)槽狀裂紋損傷進(jìn)行研究。利用設(shè)置阻尼系數(shù)遞增的吸波邊界的方法消去了邊界回波的影響，比較了幾種不同層數(shù)吸波邊界的吸波效果，確定了吸波邊界的層數(shù);研究了蘭姆波與裂紋損傷交互作用的二維散射特性:包括不同角度入射蘭姆波與裂紋損傷的交互及入射蘭姆波與不同長(zhǎng)度裂紋損傷的交互;在綜合運(yùn)用對(duì)稱變換和插值方法的基礎(chǔ)上，建立了一種全周向入射、散射的散射系數(shù)矩陣模型。
　　再次，利用基于蘭姆波波包傳播時(shí)差的橢圓損傷定位方法，比較了幾種不同數(shù)

4、量傳感器、不同傳感器布置方式的損傷定位結(jié)果，確定了所需傳感器的數(shù)量以及傳感器的布置方式。通過假定裂紋方向角度獲得假定的散射系數(shù)值，并將散射系數(shù)值引入時(shí)延成像定位算法進(jìn)行優(yōu)化，利用不同假定方向角度所對(duì)應(yīng)的差異，提出了一種裂紋定位以及方向角度判定的方法。最后，搭建了試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)所提裂紋定位及方向角度判定方法的可行性進(jìn)行了實(shí)例分析，結(jié)果表明，所提方法判定的裂紋位置與實(shí)際裂紋位置相比，距離不超過5mm，而判定的裂紋方向角度的誤差在正負(fù)5°之內(nèi)，