超声Lamb波混频激励效率与模式选择

研究了超声Lamb波混频的激励效率与模式选择。在非零能量流和相匹配条件的基础上,结合Lamb波在结构中的状态分布,提出了以激励效率参量作为超声Lamb波混频模式选择的依据。根据混频条件筛选混频模式对,计算相应的激励效率参量,并通过超声Lamb波混频的仿真模拟与实验测量进行验证。通过对比仿真与实验中得到的非线性参量与激励效率参量的关系,证明了激励效率参量作为模式选择依据的有效性。研究表明,激励效率参量可以有效地表征超声Lamb波混频的激发效率,从而筛选非线性效应明显的模式对,更好地实现损伤的检测与表征。     

一种定征复合板材粘接层性质的非线性超声兰姆波方法

借助于兰姆波频散曲线及导波激发的模式展开分析方法,对基频兰姆波时域信号及二次谐波时域信号的发生过程进行了直观的论述。结合Ritec-SNAP系统的测量功能,详细分析了二次谐波时域脉冲包络积分表达式的物理意义;该积分表达式可表征基频兰姆波时域脉冲传播过程中的二次谐波发生效率,以及基频与二倍频兰姆波模式之间的频散程度。在基频与二倍频兰姆波相速度相等(或近似相等)的频率附近,实验观察到显著的且无模式混叠的二次谐波信号,显示出在兰姆波的传播过程中的确可存在强烈的非线性效应。对于三种不同粘接情形的复合板材,实验结果表明,采用本文引入的非线性兰姆波应力波因子,结合二次谐波幅频曲线峰值所对应的频率值,可有效地对板材粘接层性质进行表征。     

粘接件拉伸强度的超声检测实验研究

利用RAM-5000 SNAP超声测试系统,在水池中对穿透环氧树脂粘接件的超声信号的基频波和二次谐波进行测量,二者振幅的重复测量误差分别在1%和3%以下,实验具有较好的可重复性.利用反向传播人工神经网络算法,将穿透样品的超声波的基频波振幅、二次谐波振幅、粘接前样品表面的粗糙度作为输入参量,粘接件的拉伸强度作为输出参量进...     

锯齿波信号激励增强超声造影剂的次谐波信号

提出了一种利用锯齿波激励以增强超声造影剂微气泡激发的次谐波信噪比的方法。基于修正的Church方程,采用数值计算分析了锯齿波激励下微气泡产生的次谐波的声压阈值及变化特性,并与正弦波激励进行了比较。实验中采用声压相等的基频为2 MHz的锯齿波及正弦波激发一种自制的包膜微气泡造影剂,测量了产生次谐波的激励声压阈值及与激励声压的关系。结果表明,锯齿波信号激励可以增强次谐波信号的强度,相对于正弦波激励增强约13 dB,并且激发声压阈值较低。实验结果与数值计算结果相符。     

固体板中SH板波非线性效应的实验观察

采用微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上简要分析了SH板波的二次谐波发生效应;尽管在无限大固体介质中单个切变波的二次谐波发生效应非常微弱,但在一定条件下由两个切变波构成的SH板波可具有强烈的非线性效应;本文的主要工作就是对此结论加以实验验证。试制了激发SH板波的切变波斜劈换能器和接收二次谐波信号的液体斜劈换能器,建立了非线性SH板波的实验研究系统;通过详细的理论分析和对比实验研究,阐明了在一定条件下实验观察到的显著二次谐波信号来源于SH板波传播过程中的强烈非线性效应。此外,针对不同的SH板波传播距离,在远场条件下分别测量了相应的二次谐波幅频曲线;在基频SH板波与二倍频对称兰姆波相速度相等所对应的频率值附近,分析了二次谐波的振幅随传播距离的变化关系,结果证明在一定条件下SH板波的二次谐波振幅可随传播距离积累增长,即SH板波可具有强烈的非线性效应。      

一种评价固体板材表面性质的非线性超声兰姆波方法

在基频与二倍频兰姆波相速度匹配但群速度失配的条件下, 通过选择适当的兰姆波二次谐波时域信号的测量起止时间, 可完全扣除换能器对二次谐波积分振幅测量所带来的影响。本文提出采用兰姆波二次谐波的积分振幅作为评价参量, 以实现对板材表面性质的准确评价。当板材表面性质发生改变时, 原本在理想表面条件下成立的基频与二倍频兰姆波相速度匹配的条件不再严格满足, 这将显著地影响到兰姆波的二次谐波发生效率, 相应的二次谐波积分振幅随表面性质的改变也将发生非常敏感的单调变化。实验结果表明,利用扣除换能器影响之后所测得的兰姆波二次谐波的积分振幅,可对板材表面性质的变化情况进行准确评价。     

基于群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法

考虑到发射和接收换能器对超声兰姆波时域二次谐波信号所带来的不可避免的影响,提出一种基于基频与二倍频兰姆波群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法。当基频与二倍频超声兰姆波的相速度匹配而群速度失配时,在超声兰姆波传播过程中所发生的二次谐波信号,在时域上可与源于斜劈换能器的二次谐波信号相分离。采用仅源自于基频兰姆波的时域二次谐波的积分振幅,定量描述兰姆波二次谐波的发生效率。以铝板中传播的兰姆波为例,给出了时域二次谐波的具体测量过程。本文提出的测量方法放宽了超声兰姆波二次谐波的测量条件,且扣除了换能器对二次谐波信号所带来的影响,所测得的二次谐波信号完全来自于基频兰姆波时域信号的二次谐波发生效应。      

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。     

金属基复合结构粘接强度的非线性超声混频检测

采用非线性超声混频方法对金属基复合结构的粘接强度进行表征研究。以不同固化剂含量的铝合金丙烯酸酯粘接结构作为检测对象,基于非线性超声混频的共振条件及其作用机制,并结合粘接固化机理,开展了非线性超声混频实验。非线性超声混频模式选取两列横波生成和频纵波的方式,实验测量并计算不同基频周期数下的超声非线性参量。通过拉伸实验标定粘接结构的粘接强度,并采用扫描电镜分析拉伸断面微观结构,进而分析超声非线性参量与粘接强度的关系。从实验结果可以看出在不同周期的基频信号激励下,超声非线性参量随着粘接强度的增大均呈现出减小的趋势。研究表明非线性超声混频信号对金属基复合结构粘接强度的变化比较敏感,可以适用于类似结构件粘接强度状态弱化的表征。     

1.053μm激光打靶产生的二次谐波

测量了基频激光打靶条件下不同角度的二次谐波光谱,得到了谐波光强随发射角度的变化关系以及能量转换效率随激光强度变化的曲线.实验现象可能与参量衰变级联造成的Langmuir湍流有关 关键词： 二次谐波发射 激光等离子体 共振吸收 离子声衰变不稳定性     

Second Harmonic Generation of Lamb Wave in Numerical Perspective

The influences of phase and group velocity matching on cumulative second harmonic generation of Lamb waves are investigated in numerical perspective.Finite element simulations of nonlinear Lamb wave propagation are performed for Lamb wave mode pairs with exact and approximate phase velocity matching,with and without group velocity matching,respectively.The evolution of time-domain second harmonic Lamb waves is analyzed with the propagation distance.The amplitudes of primary and second harmonic waves are calculated to characterize the acoustic nonlinearity.The results verify that phase velocity matching is necessary for generation of the cumulative second harmonic Lamb wave in numerical perspective,while group velocity matching is demonstrated to not be a necessary condition.     

General solution of cumulative second harmonic by Lamb wave propagation in a solid plate

A straightforward approach has been developed for the general solution of cumulative second harmonic by Lamb wave propagation in a solid plate. The present analyses of second-harmonic generation by Lamb waves focus on the cases where the phase velocity of the fundamental Lamb wave is exactly or approximately equal to that of the double frequency Lamb wave （DFLW）. Based on the general solution obtained, the numerical analyses show that the cumulative second-harmonic fields are associated with the position of excitation source and the difference between the phase velocity of the fundamental Lamb wave and that of the dominant DFLW component.     

Selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers

In this paper, we describe a modal expansion approach for the analysis of the selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers(EMATs). With the modal expansion approach for waveguide excitation, an analytical expression of the Lamb wave's mode expansion coefficient is deduced, which is related to the driving frequency and the geometrical parameters of the EMAT's meander coil, and lays a theoretical foundation for exactly analyzing the selective generation of Lamb waves with EMATs. The influences of the driving frequency on the mode expansion coefficient of ultrasonic Lamb waves are analyzed when the EMAT's geometrical parameters are given. The numerical simulations and experimental examinations show that the ultrasonic Lamb wave modes can be effectively regulated(strengthened or restrained) by choosing an appropriate driving frequency of EMAT, with the geometrical parameters given. This result provides a theoretical and experimental basis for selectively generating a single and pure Lamb wave mode with EMATs.     

Elastic constants determination by direct measurement of the beat wavelength between A0 and S0 Lamb modes with pulsed TV holography

A whole-field optical technique of high sensitivity, namely pulsed TV holography with phase evaluation by the Spatial Fourier Transform Method, is applied to the acquisition of instantaneous displacement fields of ultrasonic Lamb waves in aluminium plates a few millimetres thick. Two Lamb modes, the A0 and S0 ones, are simultaneously generated in the plate, producing a clear beating. Several values of the beat wavelength, corresponding to different excitation frequencies, are obtained by direct measurement of the distance between nodes in the wave field. The obtained values are fitted to the theoretical Rayleigh–Lamb frequency spectrum in order to determine the elastic constants of the plate material. We conclude that it is necessary to know the value of another parameter to univocally solve the problem, and so the bulk longitudinal wave velocity is measured by the pulse-echo method. Then the Poisson's ratio is obtained and, from these two parameters, the Young's modulus can also be determined.     

非线性兰姆波在厚度缓慢变化和衰减下的特性分析*

该文运用解析的方式推导了考虑声波衰减时兰姆波二次谐波的累积和传播规律,并用半解析方式将该理论推广到缓慢变厚度板的情况。由于色散特性,兰姆波二次谐波和基频波相速度不匹配,传播通常会产生拍频效应,使得二次谐波的振幅沿着传播距离周期性的归零。当考虑声波衰减或板的厚度缓慢变化的情况时,拍频效应将不再严格地被满足。二次谐波的振幅依然会沿着传播距离而振荡,但不会归零。该研究可以用于分析如何高效地激发和接收兰姆波的二次谐波,表征和评估不同厚度变化的结构中的微观结构损伤。     

用于储罐底板缺陷检测的超声兰姆波模式研究

从超声兰姆波的声场方程出发,得到板材表面离面位移(法向位移)为零的条件,即当超声兰姆波的相速度等于板材介质的纵波声速时,在板材表面的离面位移为零。在给定适当频厚积的条件下,分别数值模拟了仅有切向位移而无离面位移的A1、S1、A2和S2兰姆波模式在有液体负载的单层钢板中的传播情形。结果表明:离面位移为零的S2模式频散较小且对板中缺陷更为敏感。     

铝板中Lamb波检测的实验研究

Lamb波在传播过程中具有频散及多模态特性,若相关参数选择不当,会导致在实际应用中信号相互叠加而无法识别。本文基于Lamb波的频散曲线是其频散方程实数解分布的特点,采用二分法绘制了铝板中Lamb波的频散曲线、波结构曲线和入射角曲线。根据曲线选择S0模态的Lamb波对1mm厚铝板中不同类型的缺陷进行检测。实验结果表明,S0模态的Lamb波对裂纹型缺陷和贯穿型缺陷十分敏感,但对于裂纹型缺陷,其幅值变化并不与缺陷大小成线性关系,并且S0模态Lamb波的声场指向性十分集中,在偏离声束轴线时无法检测到缺陷。