基于时间反转法的Lamb波检测技术的研究进展

Lamb波具有传播距离远、衰减小等特点,已被广泛应用于大型板类结构的损伤检测。时间反转是实现超声波聚焦的有效方法之一。本文回顾并总结了近20年来时间反转方法在Lamb波检测领域中的研究进展。针对Lamb波固有的频散和多模态等传播特性,详细论述了时间反转法在板结构Lamb波检测中的应用。最后对基于时间反转法的免基准信号Lamb波损伤检测方法进行了总结,分析其存在的问题并对其应用前景进行了展望。     

铝板中激光Lamb波信号的模态分析与缺陷检测研究

激光激励的Lamb波信号具有较宽的频带,且包含多个模态信息。本文采用二维傅里叶变换和时频分析等信号分析技术用于检测信号中的模态成分及缺陷信息识别。首先,对200组激光Lamb波信号进行二维傅里叶变换,得到信号的频率-波数图,可识别出激光Lamb波信号中的低阶A0、S0和高阶模态,并且A0模态能量高,可用于缺陷检测。随后对有、无缺陷状态下Lamb波信号进行连续小波变换,从时频图中识别出缺陷信号的频率成分,进一步提取特定频率下的小波系数幅值信号,实现了缺陷信息的识别。结果表明,二维傅里叶变换能较好地识别激光Lamb波的模态成分,而提取出的连续小波变换系数图,能准确实现缺陷定位。     

基于多层级LSTM的铝板缺陷检测

铝板因其优良的抗疲劳性和延展性广泛应用于航空航天和建筑等领域. 然而在生产过程中, 由于外部环境、操作工艺等的限制往往会产生各种各样的缺陷, 从而影响其力学性能, 例如会降低铝材料的强度、延展性和韧性等, 导致其使用寿命的缩短. 在单次发射和接收超声波的情况下, 论文提出了多层级长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络的方法, 用于辅助检测铝板的夹杂(气泡)缺陷. 利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟含有夹杂缺陷的铝板中超声波的传播过程, 导出含有缺陷信息的波形数据, 通过训练波形数据, 得到可以反映波形数据与夹杂缺陷大小和位置关系的网络模型. 此外, 该模型采用硬投票的方法以缓解网络训练过程中繁杂的参数调整问题, 提高了检测结果的可靠性. 结果表明: 夹杂缺陷半径检测的准确率超过了98%, 夹杂缺陷深度检测的准确率达到1, 夹杂缺陷横坐标位置检测的准确率超过95%. 为LSTM神经网络应用于超声无损检测提供了借鉴.     

基于认知技术的Lamb波结构损伤检测

在雷达领域最新技术进展的启发下,提出了一种新的概念——认知结构健康监测.认知结构健康监测是一种可以智能处理环境变化引起影响的结构健康监测系统:在先验知识及智能推理的基础上,通过调整系统输入及输出功能实现智能处理.并在此基础上提出了一种基于认知的Lamb波结构损伤检测方法,通过仿真进行了验证.铝板上的仿真结果表明,该方法能够在温度变化等干扰下准确地提取出与边界反射波混叠的损伤反射波,从而实现对边界附近损伤的检测.     

基于电磁声激励Lamb波的裂纹深度检测

本文采用电磁声传感器接收单一S₀模态激励,测量Lamb波在板中不同深度的槽形裂纹处的反射与透射,用于对已知扩展长度的表面裂纹进行深度测量。然后分析了Lamb波模态的频散与波动特性,由超声Lamb波的波结构,近似计算了S₀模态入射到裂纹时的反射系数。计算结果与实验结果一致。结果表明,Lamb波在有限长裂纹处的反射系数可采用二维模型中的反射系数求解公式近似求解。采用电磁超声传感器接收单一S₀模态激励,重复测量稳定性高,适用于Lamb波反射系数的测量。Lamb波的反射系数与裂纹深度有很好的对应关系,可用于板表面已知长度裂纹的深度测量。     

Lamb波频域逆散射全聚焦成像方法研究

Lamb波因其传播距离远、衰减小常被用于板状结构的无损检测中,在基于Lamb波损伤检测的诸多成像技术中,全聚焦方法(Total Focus Method,TFM)方法因其成像分辨率高、信噪比高而受青睐.然而Lamb波的频散效应导致时域延时量不能被准确计算,进而影响传统TFM方法对损伤定位及成像的精度;此外,既有的TFM...     

一种基于Lamb波的智能结构损伤识别方法

常规基于超声Lamb波的损伤检测方法依赖于精确的结构物理模型、繁琐的信号处理技术以及受限于不同的成像算法,致使损伤成像的精度和效率难以兼顾。针对高端装备关键结构快速、精准的智能化损伤检测需求,本文构建以压电片激励、激光多普勒测振仪拾振的检测平台以研究卷积神经网络自动提取Lamb波含损伤特征信息的方法。对结构内损伤待检测区域进行合理分区,将对损伤的检测转化为基于卷积神经网络的图像分类任务。依据损伤所在位置、大小的变化建立数据库,并使用数据增强技术扩大数据库;构建基于卷积神经网络的智能结构损伤识别模型用以建立结构损伤区域与Lamb波信号特征的映射关系,进而实现对板结构损伤的快速智能识别。实验验证结果表明：将卷积神经网络运用于基于Lamb波的损伤识别方法中,在实现快速、智能化的损伤检测方面有潜在的工程应用前景。     

Lamb波在复合材料板中传播的谱有限元模拟

众所周知Lamb波在复合材料中的传播呈各向异性的特点,经典有限元法模拟这类问题效率不高,所以,本文采用谱有限元法进行研究。先建立了一种新的谱有限板单元,该单元以Gauss-Lobatto-Legendre点作为节点,使质量矩阵是对角矩阵;另外,该单元采用了扩展的位移场,能够较好地模拟板结构的三维特性。然后,对复合材料板结构中Lamb波在对称模式与反对称模式下的传播速度进行了求解,将计算结果与Mindlin板谱单元的结果以及三维弹性理论的结果进行了比较,并讨论了Lamb波在反对称层合板中的传播特点。最后,模拟了Lamb波在含和不含损伤复合材料层合板中的传播,数值结果表明所建立的谱有限板单元可以较好地模拟出Lamb波在复合材料板结构中的传播特性。     

基于Lamb波频散特性的薄板声发射源定位方法研究

声发射源时差定位方法中波速的确定是定位准确的关键问题,根据模态声发射理论,声发射信号在薄板内的传播过程中具有频散现象和多模态特性.不同频率不同模态的声波其传播速度不同.基于Lamb波频散特性和声发射检测技术,采取时频联合分析方法对铝薄板中声波模式进行识别;利用低频段频散不明显的扩展波的波速和同一频率同一模态波到达两传感器的时间差来实现声发射源的准确定位;通过铝薄板中AE源定位实验表明,采用S0模式,即扩展波的波速进行定位计算,可以比较准确地确定声发射源的位置,而且理论值与实际值相差很小.     

基于激励单一模态Lamb波磁致伸缩换能器的结构优化仿真分析

为提高超声Lamb波信号强度,对磁致伸缩贴片换能器结构进行优化.在磁致伸缩贴片径向开狭缝的同时采用双面激励的方式使铝板内产生单一模态Lamb波,对优化后的结构进行理论分析并结合仿真验证;利用COMSOL仿真磁致伸缩贴片换能器在铝板内激励Lamb波的过程,得到优化前后磁致伸缩贴片附近磁场强度、上下表面电流密度,以及铝板应...     

利用兰姆波对板状结构中隐蔽腐蚀缺陷的检测

在石油、天然气、化工和石化行业中,许多大型容器和储罐常用来储存带有腐蚀性液体或气体,其内壁极易被腐蚀变薄而影响其使用寿命。为了激励出合适的导波模态检测容器内壁的隐蔽腐蚀缺陷,本文对一块2.76mm厚并蚀刻了一个人工腐蚀缺陷的钢板进行了检测。实验中,采用了一发一收法,并分别激励了对称模态S1和反对称模态A1对该缺陷进行了检测。利用短时傅立叶变换对接收到的时域信号进行了时频分析,得到各导波模态的模态转换,频散和衰减结果。通过对比可以看出,S1模态更适用于检测隐蔽腐蚀缺陷。结果显示,通过选取合适的模态,导波检测方法有可能用于大型容器和储罐内壁腐蚀缺陷的检测。     

一种用于计算板中缺陷兰姆波散射的混合边界元法

本文介绍了一种将传统边界元法和兰姆波的本征模式函数相结合的混合边界元法,用此方法解决兰姆波在板材中传播时遇到缺陷发生的散射问题,计算了兰姆波通过缺陷后的反射与透射系数。文中给出了若干兰姆波信号幅度与板中不同深度缺陷的相互关系。     

基于细观混凝土模型的时间逆转损伤成像方法

提出了一种针对混凝土结构损伤检测的时间逆转损伤成像方法.以检测混凝土结构中与骨料尺寸相近的微小损伤为目的,引入细观混凝土随机骨料模型,该模型将混凝土结构视为由水泥浆基底、骨料及粘接层组成的三相复合材料,基于Monte Carlo随机样本原理并结合真实试件的骨料级配曲线建立.在数值模拟分析中,将生成含损伤的细观模型导入有限元分析软件进行超声波场模拟,同时采用自适应性强的时间逆转模型(time reversed model,TRM)进行损伤定位.TRM分为正向检测和逆时成像两个部分:正向检测过程得到包含损伤的一系列散射回波信号,从数值角度进行时间反演并作为逆时过程的输入信号;逆时成像过程选用等效弹性参数模型,几何尺寸与随机骨料模型相同,时反信号在相应几何位置同时加载形成时反波场,时反波场在损伤位置会发生干涉叠加从而导致能量峰值的出现,通过确定干涉峰值时刻,并获取该时刻对应原始波场以及小波变换能量场完成成像.与原始数据波场图相比,小波变换处理成像结果消除了杂波干扰,成像结果更加清晰.进一步对等效弹性参数的取值进行讨论,并且在骨料尺寸范围内调整损伤大小,结果显示成像结果匹配度高,对于非均质混凝土结构的损伤检测能很好满足损伤定位需求.由此证明,时间逆转成像方法对于具有复杂结构的混凝土材料的损伤检测具有较好的适用性.     

温度对螺栓紧固应力超声测量的影响研究

本文从理论和实验两方面研究了温度对螺栓紧固应力超声测量的影响。推导了考虑温度影响时,测量螺栓轴力的应力—声关系.同时,通过实验测定了纵、横波在螺栓中的传播时间与温度的关系,获得了温度修正曲线,其结果与理论分析相吻合.     

Waves and coherent structures in terms of the lamb momentum density

Waves and vortices are the two very broad classes of fluid motions. In the stratified fluid, the wave and the vortex components coexist and generate each other. This strong interaction makes it difficult to define the components of motions separately but one could try to split the motion into components to a maximal extent. The possible way to achieve the aim is to describe the motion in terms of the Lamb momentum density [1], [2], see also [3]. In the present paper the Lamb momentum density for a viscous stratified fluid is defined and is applied to a set of small scale coherent structures in a stratified fluid. The relation of the present approach to the Weber transformation and its application to the inertial range turbulence is considered.     

无黏流体与固体界面的漏瑞利波

漏瑞利波存在于半无限无黏性流体和半无限固体媒质的界面处. 首先推导流固无限各向同性介质界面处漏瑞利波的特征方程和位移及应力的解析计算公式. 然后结合典型结构通过数值计算研究了漏瑞利波特性以及位移和应力在流体和固体中的分布规律. 数值计算结果表明漏瑞利波的相速度和衰减随流固密度比的增大而增大, 在流固界面上法向位移连续而切向位移不连续. 流固密度比对固体媒质中沿垂直于漏瑞利波的传播方向的位移、正应力和剪应力有比较大的影响,而对沿漏瑞利波的传播方向的正应力几乎没影响. 为利用漏瑞利波的无损检测与评价提供了理论基础.