超聲蘭姆波檢測及損傷成像研究.pdf

1、超聲蘭姆波(Lamb wave)是超聲無損檢測中最常見的一種導(dǎo)波形式，也是被公認在結(jié)構(gòu)健康檢測領(lǐng)域比較有前途的一種無損檢測手段，然而由于Lamb波理論及其檢測機理的復(fù)雜性，大大限制了它在工程中的應(yīng)用。作者對板材中的Lamb波及其在損傷成像中的應(yīng)用進行了研究，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)計算出了板材中各個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-黃變換信號處理方法。將希爾伯特-黃變換方法引入到多模式Lamb波信號的分析中，在對不同時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波信號中的S0和A0模式波及其到達時間。
　　 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，驗證了所建立模型的有效性。通過仿真直觀地觀察Lamb波波形在板材中的傳播過程，有助于辨識直達波、損傷反射波和邊界反射波等，而這個過程單從信號分析的角度考慮是無能為力的。最后分析了激發(fā)頻率和激勵信號周期數(shù)對Lamb波無損檢測的影響，為后續(xù)無損檢測分析選取合適的參數(shù)提供了參考。
　　 最后，研究了時間反轉(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)驗證了頻散介質(zhì)中Lamb波的時間反轉(zhuǎn)過程。通過推導(dǎo)由損傷這個被動波源產(chǎn)生的時間反轉(zhuǎn)波場幅值的表達式，證實了當(dāng)觀察點位于損傷位置時，時間反轉(zhuǎn)波場的幅值最大。之后仿真驗證了S0、A0、S0+A0模式Lamb波的時間反轉(zhuǎn)聚焦性，在此基礎(chǔ)上，本章提出了基于時間反轉(zhuǎn)方法的結(jié)構(gòu)損傷圖像增強技術(shù)，采用實驗和有限元相結(jié)合的Lamb波主動健康檢測技術(shù)，利用實驗采集到的損傷散射信號，呈現(xiàn)了板材中的損傷情況，實驗結(jié)果表明該方法較為有效地表