超聲導(dǎo)波傳播的半解析有限元分析.pdf

1、半解析有限元法(SAFE)可以用于求解結(jié)構(gòu)材質(zhì)復(fù)雜的介質(zhì)中導(dǎo)波的傳播特性。SAFE假設(shè)導(dǎo)波以簡(jiǎn)諧波的方式沿著波導(dǎo)介質(zhì)傳播，這樣只需要沿著波導(dǎo)截面進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，在傳播方向上用簡(jiǎn)諧表達(dá)式表示波的傳播，從而比有限元方法具有更高的計(jì)算速度。因?yàn)樵诿枋鼋孛鏁r(shí)采用有限元法，對(duì)于任何截面形狀的波導(dǎo)介質(zhì)，SAFE方法都可以通過(guò)將其截面劃分成若干有限單元的方法進(jìn)行模擬，從而獲得比傳統(tǒng)解析法更廣泛的應(yīng)用。采用半解析有限元法分析鋼軌中導(dǎo)波傳播的特性對(duì)

2、鋼軌檢測(cè)中換能器的設(shè)計(jì)和實(shí)際檢測(cè)有很好的指導(dǎo)意義。
　　本文介紹了國(guó)內(nèi)外超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，比較了有限元法和半解析有限元法的研究和應(yīng)用。首先介紹了導(dǎo)波的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，以各向同性自由鋁板為例詳細(xì)說(shuō)明了半解析有限元法分析導(dǎo)波傳播特性的原理，繪制了鋁板中Lamb波的相速度、群速度頻散曲線，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得鋁板中傳播的蘭姆波信號(hào)，采用二維傅里葉變換做信號(hào)提取和分析后對(duì)蘭姆波進(jìn)行了模態(tài)分析與識(shí)別。對(duì)比理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了半解析有

3、限元法在分析導(dǎo)波傳播特性中的有效性。其次，利用Lamb波檢測(cè)鈦合金板中不同大小的刻槽和圓孔缺陷。通過(guò)半解析有限元法獲得檢測(cè)所用模態(tài)，用可變角探頭同時(shí)激勵(lì)和接收導(dǎo)波，最后根據(jù)示波器顯示的回波特點(diǎn)來(lái)判斷缺陷的大小和位置，實(shí)驗(yàn)證明不同類型的缺陷對(duì)導(dǎo)波的反射情況不同。最后，本文將半解析有限元法應(yīng)用到鋼軌導(dǎo)波的分析中。以1.5m長(zhǎng)50kg/m鋼軌為研究對(duì)象，利用夾心式低頻壓電換能器在鋼軌中激發(fā)導(dǎo)波，通過(guò)半功率法計(jì)算鋼軌阻尼因子，結(jié)合半解析有限元法