有粒滞液层负载时薄板中类Lamb波的传播

本文从弹性波传播理论出发，结合边界条件，导出了薄板一面有粘滞液层负载时板中类Lamb波传播的色散方程；研究了液层粘滞引起的类Lamb波衰减．数值计算表明，板和液层的驻波共振振动引起极中类Lamb波对称和反对称模式的模式转换以及衰减系数的变化。文中对ktd《1时，Ao模式类Lamb波的微质量和粘滞传感特性也作了讨论。     

不锈钢折弯板裂纹Lamb波检测技术*

金属弯板广泛应用于车辆、船舶、飞机等大型装备结构件中，折弯处易形成应力集中产生裂纹，直接影响构件的使用安全和寿命。本文开展了不锈钢弯板裂纹缺陷Lamb波检测技术研究，计算了钢板的频散曲线，优选三种不同频率的S0模态：0.25MHz、0.5MHz、1MHz。利用COMSOL软件建立频域仿真模型，模拟了Lamb波在3mm厚“L”形弯板内部的传播情况，开展折弯板裂纹缺陷检测实验，并使用小波包变换的方法对实验信号进行分析。结果表明，经小波变换后，0.25MHz、0.5MHz、1 MHz的S0模态Lamb波均可用于裂纹缺陷的识别检测.     

薄板中类Lamb波在负载流体中引起的声流的研究

板的一侧有粘滞液层负载时,板中类Lamb波的传播将会在其负载流体中引起声流。结合单面粘滞液层负载板中类Lamb波的传播机制以及流体中由于声波非线性传播引起声流的理论,运用逐级近似法,并考虑到具体的实验条件,计算了薄板内有类Lamb波传播时,其负载流体中声流的速度大小与分布。数值计算与已有实验符合较好。     

套管中弯曲型Lamb波数值仿真和物理模拟*

低密度水泥在低压易漏复杂井固井中的广泛应用使得声阻抗类测井方法难以准确、有效的评价固井质量。基于套管中传播的弯曲型Lamb对套后介质的声学参数和胶结状况的敏感性,本文通过理论计算和实验测量研究了不同频率下弯曲型Lamb 波衰减与水泥声学性质的关系,较低的工作频率会使得不同水泥阻抗下的衰减动态变化范围降低,且对水泥环第一界面的窜槽厚度也有很高的灵敏度;利用套管外胶结流体和固体时衰减率的差异,还可较好的区分套管外声阻抗接近的流体和固体;但弯曲型Lamb波的同一个衰减率值可与两个水泥声阻抗值相对应,因此需通过建立弯曲型Lamb波的衰减与水泥声阻抗的图版以提高低密度水泥固井质量评价的可信度。本文的计算分析结果对进一步应用弯曲型Lamb评价低密度水泥具有指导意义。     

金属薄板中Lamb波波速与静应力关系的理论研究

本研究基于各向同性金属材料在静压力作用下产生各向异性的事实,从固体中超声波的非线性理论出发,得到了在一定应力下固体的等效的二阶弹性常数,再利用各向异性板中的Lamb波理论推得了在静应力作用下与应力平行和垂直方向的Lamb波的频散方程,讨论了金属薄板中Lamb波波速与静应力的关系。     

粗糙界面板Lamb波的传播特征

弹性波在粗糙界面板中的传播问题对无损检测、地震波传播等问题有实际意义,但是多年来的研究限于相屏近似等方法。本文从严格的理论出发,把粗糙界面起伏看作空间位置变量的随机过程,在粗糙表面起伏很小的条件下,用多次散射相互独立假设得到了平均意义下的Rayleigh-Lamb频散方程。通过对方程进行求解,得到了Lamb波在粗糙界面板中传播时的衰减。结果表明Lamb波的衰减和界面的粗糙起伏方差近似成正比,和粗糙起伏相关长度关系不大。在理论分析的基础上,进行了实验验证。     

基于时间反转理论的聚焦Lamb波结构损伤成像

从理论和实验上研究了时间反转法在频散和多模式的Lamb波结构健康检测方面的应用.当Lamb波在包含有损伤的板类结构中传播时,损伤的存在表现为一个被动波源.采用分布式传感器网络,基于传递函数的观点,通过推导由损伤这个被动波源产生的时间反转波场幅值的表达式,证实了当观察点位于损伤位置时,时间反转波场的幅值最大.为验证时间反转方法的聚焦效应,提出了一种适合于分布的激励/接收传感器网络的成像方法,该方法可以对损伤定位并近似确定损伤尺寸.结合有限元的实验结果显示了Lamb波检测信号的能量可在损伤处聚焦,表明时间反转     

超声Lamb波二次谐波发生效率分析与模式选择

在导波模式展开分析方法的基础上,提出激发效率参量来定量表征超声Lamb波积累二次谐波的发生效率。以P92钢板为例,理论计算得到了与频散曲线对应的理论激发效率参量分布图谱,从图谱中选择理论激发效率参量大小不同的两种基频Lamb波模式:纵波型S1模式和交点型A2/S2模式,分别测量这两种基频Lamb波模式在钢板中传播时产生的二次谐波信号。理论计算和实验测量结果表明,这两种基频Lamb波模式的理论和实验激发效率参量的比值基本一致,且激发效率参量较大的纵波型S1模式能激发出效率更高的二次谐波信号。研究结果表明激发效率参量可以有效的用于Lamb波二次谐波发生效率的表征及模式选择。      

周向超声导波对管道纵向缺陷检测的研究

在弹性动力学理论的基础上,研究了管道中周向超声导波的传播及其频散特性,并数值计算了周向导波的频散曲线。通过所建立的超声导波实验系统,在理论上与实验上研究了斜探头的入射角、频率及周向导波模态的关系,并在外径为88.8 mm、内径为80.8 mm的管道中激励出特定的单一模态周向导波;同时,利用单一模态周向导波对该管道表面上长25 mm、宽1 mm、深0.7 mm的人工缺陷进行了检测。结果表明,同在板中激励单一Lamb波模态类似,选用特定角度的斜探头与特定频率可在管道中激励出单一周向导波模态并有望应用于管道缺陷的检测。     

采用超声导波阵列技术研究板类结构大面积检测

超声导波阵列检测技术可以实现板类结构的快速、大面积检测,是工业领域中最有前景的技术之一。针对目前此技术中存在的单一模态传感器难制作、检测频率高(一般在200 kHz以上)、需非常密集的传感器阵列和成像分辨率低等问题,本文采用一种圆环形线圈EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer),在较低频率15 kHz激励产生单一A0模态Lamb波,由8个传感器组成环形阵列,利用TFM (Total Focus Method)进行成像,实现了超声Lamb波对板类结构的快速、大面积检测。对一块包含直径为27 mm通孔的3 mm厚铝板进行实验研究,结果表明,此系统具有较高的测量稳定性和成像分辨率,能快速定位缺陷,适用于对板类结构进行大面积粗检。在对检测系统盲区形成原因分析的基础上,建立了一种计算盲区范围的方法。      

压电晶片传感器监测金属薄板的腐蚀

激励压电晶片传感器产生Lamb波并用于监测金属板材的腐蚀,由信号的相关系数表征腐蚀对在板中Lamb波传播特性的影响。实验结果表明在Lamb波模态中A₀模式受腐蚀影响大,适合用于监测金属的腐蚀。Lamb波通过腐蚀区域后由于频散以及信号幅度和相位的变化对采集的损伤信号与健康状态信号的相关系数有影响。在腐蚀区域直径一定的情况下,对应的相关系数并不随腐蚀深度的增加而单调递减;在腐蚀深度一定时,相关系数随腐蚀区域直径增加而单调递减。     

金属板中Lamb波波速与应力关系的实验研究

本文给出了金属板中Lamb波波速对同向应力变化率测量的装置,探讨分析了测量原理及误差,并对Lamb波的波速与应力关系进行了实验研究。结果表明Lamb波的波速对应力有较好的线性关系,Lamb波相速度对应力的变化率的实验值与理论值符合很好。     

有粘弹薄层负载时薄板中的Lamb波传播

从弹性波理论出发,结合边界条件,导出了一面有粘弹薄层负载时薄板中Lamb波的色散方程,通过数值计算,研究了薄板中Lamb波传播色散、衰减等特性及负载层参数对Lamb波传播的影响。最后提出了一种结合Lamb波和SH波微传感实现粘弹薄膜材料复Lame参数λ*和μ*的定征方法。     

有效测量套管井泄漏Lamb波衰减的实验研究

低密度水泥在油气井中的广泛应用使得常规的声阻抗类测井方法难以准确、有效地评价固井质量,而声波倾斜入射在套管中激发的弯曲型Lamb波对水泥的性质及胶结情况具有很高的分辨能力,能够很好地解决低密度水泥的固井质量评价问题。弯曲型Lamb波对套管后介质声学信息的响应反映在声波衰减中,因此该文通过实验研究了激发弯曲型Lamb波的有效方式,分析了声波入射和接收角度对Lamb波衰减的影响。实验结果表明,入射和接收角度在一定范围内变化时,虽然激发出的Lamb波模式均为弯曲型Lamb波,但在同一套管模型下测量的声波衰减值会有差异,选择激发弯曲型Lamb波的最有效方式,计算得到的Lamb波衰减对套管后介质的灵敏度才会最高。     

覆黏弹层加肋双层板的声反射

为评估覆盖层的吸声性能,研究黏弹层在无限大周期加肋双层板背衬下的声反射。首先通过弯曲波与Lamb波的比较,揭示了板近似理论不适用于黏弹性板的原因。为此采用(黏)弹性理论处理(黏)弹性板,而肋板的处理则采用板近似理论,并用Hull提出的方法解决肋板和平板的耦合问题,得到反射声场的解。与板近似理论计算加肋双层板声反射的结果进行比较验证了本文方法的正确性,对反射系数进行计算分析了背衬对声反射的影响,定义平均反射系数比较了不同覆盖层的性能。结果表明,频率较低时覆盖层无法有效抑制背衬的影响,板间流体层与双层板的耦合作用引起共振散射,肋板与双层板的耦合作用降低声反射。      

基于模态识别与分离的铝板激光超声检测

用Nd:YAG激光器在2 mm厚的铝板上激发激光超声,通过激光反射镜偏转进行点阵扫描激励,用声发射传感器接收在铝板中传播的激光超声信号,通过信号放大和数据采集得到激光超声在铝板中传播的数据。对上述数据进行二维傅里叶变换得到了铝板中激光超声的模态分布和频率分布,接收到的激光超声是S0和A0两个模态多种频率的Lamb波。利用两个相同的探头对称地压紧在板的两个表面上,对两个探头接收到的信号进行相加和相减,可以将S0和A0模态分别提取出来。对单一模态的Lamb波再进行滤波,得到了窄频带单一模态的Lamb波。采用该方法实现了从杂乱的激光超声原始信号中提取出清晰的伤信号,并且得到了不同模态在不同频率范围的检测结果。     

翻边压电晶片激励Lamb波声场研究

压电晶片广泛应用于超声波检测领域,是激励和接收超声波的最主要器件之一。本文通过实验、有限元压电模拟和半解析数值模拟,研究用压电晶片在板中激励Lamb波,三种方法得到的Lamb波信号中S0模态非常吻合,A0模态处稍有差异。同时还分析了晶片的电极形态对声场分布以及声场能量的影响,声场随着电极面积比变化而变化。研究结果可为压电晶片的实际使用提供参考。     

三层复合结构中的漏Lamb波：理论与实验

本文导出了具有流体负载的三层复合结构中漏Ｌａｍｂ波的特征方程，具体计算了铝／水／铝复合结构中漏Ｌａｍｂ波模式的色散和衰减特性，并与不存在流体负载时结构中经典的Ｌａｍｂ波传播特性作了比较。采用宽频带超声透射谱实验系统，测量了浸没在水中的铝／水／铝结构中的漏Ｌａｍｂ波色散关系。理论与实验结果符合较好。     

利用Taylor展开法研究Lamb波在功能梯度材料中的传播特性

超声技术可用于对功能梯度材料(FGMs)的性质进行评估. 由于FGMs性质的非均匀性,采用分布函数来描述FGMs弹性常数和密度沿厚度方向的变化趋势,并提出利用Taylor展开的方法来解决分布函数为任意函数时的FGMs中Lamb波的传播问题. 利用本征函数展开法得到了铁基氧化铝FGMs中Lamb波的相速度色散曲线,讨论了材料性质分布对铁基氧化铝FGMs中Lamb波传播特性的影响. 为FGMs性质(沿板厚方向变化)的反演提供了理论依据. 关键词： 功能梯度材料 Lamb波 Legendre多项式 分布函数     

利用激光多普勒测振仪的空气耦合超声声场测量*

进行了空气耦合超声声场测量的实验研究。使用激光多普勒测振仪测量由声波引起的激光路径上的介质折射率变化,进而得到空气和固体材料内部的时域瞬态声压。通过直接测量空耦换能器的辐射声功率,给出对单个空耦换能器灵敏度的直接评价方法。用空耦换能器激励K9玻璃板的漏兰姆波,观测到空气中的直达波和反射波、固体板内和空气中的漏兰姆波,实现了空气和固体中微弱声波的非侵入式实验测量,为空耦换能器的特性评估和空耦检测系统的声场测量提供了实验方法。