超聲蘭姆波檢測(cè)及損傷成像研究.pdf

1、超聲蘭姆波(Lamb wave)是超聲無(wú)損檢測(cè)中最常見(jiàn)的一種導(dǎo)波形式，也是被公認(rèn)在結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)領(lǐng)域比較有前途的一種無(wú)損檢測(cè)手段，然而由于Lamb波理論及其檢測(cè)機(jī)理的復(fù)雜性，大大限制了它在工程中的應(yīng)用。作者對(duì)板材中的Lamb波及其在損傷成像中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，具體工作如下：
　　 首先，闡述了Lamb波傳播理論，繪制了板中Lamb波頻散曲線。Lamb波頻散曲線是研究Lamb波特性及其應(yīng)用的基礎(chǔ)，因此，本文從研究瑞利-蘭姆方程入手，

2、利用數(shù)值求解技術(shù)計(jì)算出了板材中各個(gè)Lamb波模態(tài)的相速度和群速度隨頻厚積的變化，解釋了Lamb波傳播狀態(tài)和多模式、頻散現(xiàn)象，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。
　　 其次，分析了希爾伯特-黃變換信號(hào)處理方法。將希爾伯特-黃變換方法引入到多模式Lamb波信號(hào)的分析中，在對(duì)不同時(shí)頻分析方法分析比較的基礎(chǔ)上，利用希爾伯特-黃變換提取Lamb波信號(hào)中的S0和A0模式波及其到達(dá)時(shí)間。
　　 第三，研究并建立了Lamb波傳播模型。介紹了有限元分析

3、方法的基本原理，使用通用的商業(yè)有限元分析軟件ANSYS建立了用于Lamb波特性研究的有限元模型，驗(yàn)證了所建立模型的有效性。通過(guò)仿真直觀地觀察Lamb波波形在板材中的傳播過(guò)程，有助于辨識(shí)直達(dá)波、損傷反射波和邊界反射波等，而這個(gè)過(guò)程單從信號(hào)分析的角度考慮是無(wú)能為力的。最后分析了激發(fā)頻率和激勵(lì)信號(hào)周期數(shù)對(duì)Lamb波無(wú)損檢測(cè)的影響，為后續(xù)無(wú)損檢測(cè)分析選取合適的參數(shù)提供了參考。
　　 最后，研究了時(shí)間反轉(zhuǎn)理論及其在Lamb波損傷成像中的應(yīng)

4、用。本文在原理上推導(dǎo)驗(yàn)證了頻散介質(zhì)中Lamb波的時(shí)間反轉(zhuǎn)過(guò)程。通過(guò)推導(dǎo)由損傷這個(gè)被動(dòng)波源產(chǎn)生的時(shí)間反轉(zhuǎn)波場(chǎng)幅值的表達(dá)式，證實(shí)了當(dāng)觀察點(diǎn)位于損傷位置時(shí)，時(shí)間反轉(zhuǎn)波場(chǎng)的幅值最大。之后仿真驗(yàn)證了S0、A0、S0+A0模式Lamb波的時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦性，在此基礎(chǔ)上，本章提出了基于時(shí)間反轉(zhuǎn)方法的結(jié)構(gòu)損傷圖像增強(qiáng)技術(shù)，采用實(shí)驗(yàn)和有限元相結(jié)合的Lamb波主動(dòng)健康檢測(cè)技術(shù)，利用實(shí)驗(yàn)采集到的損傷散射信號(hào)，呈現(xiàn)了板材中的損傷情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法較為有效地表