基于激光超声的微裂纹检测技术的研究

在固体中利用激光产生超声波 ,可作为超声测量和材料无损检测的一种新方法。介绍了激光超声表面波的产生机理、微裂纹的检测方法及其应用。采用Nd∶YAG脉冲激光器、扩束与聚焦透镜组、PZT探头、数据分析仪等器件设计并构建了一套基于接触式检测方法的激光超声微裂纹检测实验系统。通过对大量实验数据进行处理 ,得出了相应的各种关系曲线 ,说明了线光源产生的超声表面波非常适用于材料表面微裂纹的检测     

固体粗糙界面与超声的非线性相互作用研究

本文提出了一种随机弹性接触界面与超声的非线性相互作用理论. 首先建立了描述随机弹性接触界面的模型, 然后分别研究了界面间应力-应变关系在线性简化模型、指数模型、高斯模型下与超声的非线性相互作用. 数值仿真和实验研究结果均表明高斯模型更适合描述固体接触界面. 本文在介观结构上解释了固体界面与超声的相互作用, 对工业超声无损检测裂缝、缺陷及损伤有指导意义. 关键词： 超声无损检测 固体粗糙界面 非线性效应     

非线性合成孔径聚焦超声成像

论文介绍了合成孔径聚焦超声成像系统原理。建立了一个无损检测超声成像系统。同时，为了进一步提高分辨率，设计了基于相关系数的非线性合成孔径聚焦算法。然后利用此算法对试块成像，结果表明，与延时叠加合成孔径算法相比，基于相关性分析的非线性合成孔径算法提高了图像的分辨率，改善了图像质量。     

裂纹尖端塑性区非线性超声混频定位表征

基于非共线体波混频的方法,本文对金属材料中裂纹尖端的塑性变形区开展定位表征研究。基于二阶微扰理论和矢量分析方法,理论研究非共线体波混频的共振条件及其定位塑性变形区的机理。有限元仿真表明,两横波混频产生的纵波可用于定位塑性变形区。以A17075-T6材料为检测对象,通过实验证明两列横波混频定位裂纹尖端塑性区的可行性。实验中分别选取中心频率为5 MHz-5 MHz的两列横波和4.75 MHz-55.25 MHz的两列横波作为基波,利用非线性超声混频参量定位表征裂纹尖端的塑性变形区。研究结果表明两种频率对产生的非线性超声混频参量峰值区域与试样中塑性区位置吻合度比较好,可以看出非线性超声混频方法能够比较有效地定位金属裂纹尖端塑性区。     

P92钢焊接接头蠕变损伤的非线性超声检测研究

为解决P92钢焊接接头蠕变损伤的无损检测问题,该文选用温度为650℃、施加应力为95 MPa的加速试验方法,制作不同蠕变时间的试样,对P92钢焊接接头进行蠕变性能试验。采用非线性超声波技术和金相检测对蠕变试样焊接接头各区域进行研究。结果表明:P92钢焊接接头母材、热影响区以及焊缝区域的非线性超声二次谐波幅值在蠕变试验后都呈上升趋势,在热影响区中的增加速率要快于其在母材和焊缝中,P92钢焊接接头热影响区非线性二次谐波参数的变化与蠕变损伤严重程度存在对应关系。该文为开展P92钢焊接接头蠕变损伤的无损检测工程应用打下了坚实的基础。     

循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价

材料损伤以及性能退化与超声波的非线性效应密切相关.为研究循环温度疲劳作用下粘接界面的损伤情况,本文采用超声波透射法,研究了6061型铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面的声学非线性系数随高温、低温循环次数的变化情况.结果表明,在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;对于低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其值增速减缓.在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大.进一步的讨论结果表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是引起非线性系数变化的主要原因.     

基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法*

超声相控阵是超声检测领域常用的材料缺陷定位和成像技术,可便捷快速地对裂纹、孔洞等缺陷进行成像。但是,传统超声相控阵方法对较小缺陷如闭合裂纹不太敏感。非线性超声信号因对材料性能退化以及微小缺陷敏感而广受关注。本文针对疲劳闭合裂纹检测,提出一种基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法,通过测量物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式下超声扩散场中的声能差,并将其作为非线性参量,实现疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定量表征。将该法应用于7075铝合金试样疲劳裂纹的实验测量,并研究了扩散场信号延迟时间对非线性超声相控阵成像结果的影响。结果表明：相较于传统超声相控阵全聚焦法,基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法能够更准确地定位和成像疲劳裂纹闭合部分;延迟时间的选择对疲劳裂纹长度的表征精度影响较大,本文研究了该延迟时间的选择方法并实现了检测结果的优化。     

相控阵超声接收动态聚焦算法及其物理实现

本文提出一种新的相控阵接收动态聚焦的实现方案,在传统的单接收聚焦点接收的基础上,把各换能器单元接收信号的补偿位置计算出来,在各通道数据叠加前将数据动态补偿,实现各个采样点都接收动态聚焦。在工程上,实际检测深度有一定范围限制,补偿点数其实并不是太大,所以方法具有可实现的条件。并且在计算补偿点时,可以使用楔块折射后的声波传播路径,使在折射的条件下也可成功动态聚焦。本文提供了计算补偿点的方法,最后给出了计算机仿真对比和物理实现方案,仿真结果可以看出成像效果与传统单点聚焦相控阵对比有了显著提高。提出的动态聚焦的方法很大地改善了成像质量,方法具有实用价值。     

高阶非线性薛定谔方程的分步小波方法

用小波变换代替傅里叶变换解高阶非线性薛定谔方程,为高阶薛定谔方程的数值解提供了一种工具,提高了运算速度.本文分析了高阶非线性薛定谔方程分步解法的一般形式,选用Db10小波,得到了小波微分算子和色散算子对应的矩阵,得出了分步小波方法的算法公式.推导了色散算子和时域信号在小波域相乘的近似运算公式,说明了分步傅里叶方法比分步小波方法的复数乘法次数更多,同时说明了提高运算速度必须舍弃一定的运算准确度.最后以分步傅里叶方法为准,分析了分步小波方法的误差,结果表明:对于一阶孤子,分步小波方法与分步傅里叶方法间的相对误差在1.2%左右波动.     

基于小波变换的红外热波无损检测融合算法

在红外热波无损检测中获取的热像序列存在着背景噪声大、缺陷边缘模糊、对比度低等特点。为了提高由红外热像序列重构的数字图像的缺陷显示能力,以小波变换为热像处理工具,采用基于像素级和特征级的图像融合算法对热像序列进行了处理,并采用基于统计学的图像评估标准对处理效果作了定量评价。通过对铝合金试件的检测实验说明该方法可用于材料内部缺陷的红外热波无损检测。研究结果表明,此种图像融合算法可对不同深度缺陷所对应的两幅最佳热像进行有效地融合,在一幅融合图像中直观地反映出全部缺陷,并能有效地减少加热不均和背景噪声对缺陷识别的不利影响。     

Concrete damage diagnosed by using non-classical nonlinear acoustic method

<正>It is known that the strength of concrete is seriously affected by damage and cracking.In this paper,six concrete samples under different damage levels are studied.The experimental results show a linear dependence of the resonance frequency shift on strain amplitude at the fundamental frequency,and approximate quadratic dependence of the amplitudes of the second and third harmonics on strain amplitude at the fundamental frequency as well.In addition,the amplitude of the third harmonics is shown to increase with the increase of damage level,which is even higher than that of the second harmonics in samples with higher damage levels.These are three properties of non-classical nonlinear acoustics.The nonlinear parameters increase from 10~6 to 10~8 with damage level,and are more sensitive to the damage level of the concrete than the linear parameters obtained by using traditional acoustics methods.So,this method based on non-classical nonlinear acoustics may provide a better means of non-destructive testing(NDT) of concrete and other porous materials.     

基于等效弹性模量的微裂纹-超声波非线性作用多阶段模型

提出了一种基于等效弹性模量的微裂纹-超声波非线性作用多阶段模型.该模型将微裂纹微观层面的界面几何特征和宏观层面的界面相对运动统一为介观单元弹性模量的变化,利用等效弹性模量表征损伤区域的"应力-应变",然后利用分段函数来描述微裂纹-超声波非线性相互作用,最后通过有限元仿真对波动方程进行求解,验证了模型的有效性,获得了超声波在经过微裂纹后传播的非线性波动规律.仿真结果表明本文提出的模型相比于双线性刚度模型、接触面模型,能更好地体现一个谐波周期内超声波经过微裂纹损伤区域时波形会发生畸变.同时,仿真实验还分析了裂纹倾角、裂纹长度和超声波激励幅值对超声波经过微裂纹后产生的二次和三次谐波的幅值的影响.最后,对比分析了该模型的仿真计算结果与实验测试结果,表明本文提出的多阶段模型与实验测试均能较好地体现微裂纹-超声波非线性作用产生的二次谐波信号,且结果基本一致,验证了模型的有效性.该模型为开展超声波非线性效应定量检测微裂纹提供了一种新的仿真手段.     

An ultrasonic multi-wave focusing and imaging method for linear phased arrays

To overcome the inherent limits of traditional single wave imaging for nondestructive testing,the multi-wave focusing and imaging method is thoroughly studied.This method makes the compressional waves and shear waves focused in both emission and reception processes,which strengthens the focusing energy and improves the signal-to-noise ratio of received signals.A numerical model is developed to study the characteristics of a multi-wave focusing field.It is shown that the element width approaching 0.8 wavelengths of shear waves can keep a balance between the radiation energy of two waves,which can achieve a desirable multi-wave focusing performance.And an experiment using different imaging methods for a linear phased array is performed.It can be concluded that due to the combination of the propagation and reflection characteristics of two waves,the multi-wave focusing and imaging method can significantly improve the imaging distinguishability of defects and expand the available sweeping range to a sector of-650 to 65°.     

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。     

非线性时间序列的小波分频预测

基于噪声的小波变换特点，结合小波包分解和模极大重构来抽取含噪信号的主分量，提出了一种基于最佳尺度分解和Volterra自适应滤波的分频预测算法，使用较少的模型训练样本，同时具有强的抗噪能力.该算法克服了传统小波分解尺度选取的盲目性及单纯Volterra预测器抗噪性能的不足，数值仿真表明，针对含强噪声的非线性信号可进行有效预测. 关键词： 小波分解 Volterra自适应滤波器 分频预测     

无缝钢轨中温度对应力非线性超声检测的影响

研究了温度与应力共同作用下的非线性超声响应规律。构建了纵波在无缝钢轨内传播的数学模型,将传统原子间势能引入非线性波动方程,得到了无缝钢轨在自由状态及受约束状态两种情况下超声非线性系数随温度变化的函数关系。在理论分析的基础上,进行了无缝钢轨受约束时内部温度应力变化的实物模拟实验,获得的非线性系数变化趋势与理论预期相一致。研究结果表明:温度和应力都对固体介质非线性影响明显,介质非线性系数随着温度的升高而增大,随着内部压应力的增加而减小。因此,当利用非线性系数检测钢轨纵向应力时,需要对温度的影响进行补偿。     

超声波透射法检测水泥模块的缺陷

介绍了超声波透射法检测水泥模块中缺陷的基本原理,并通过对自制水泥试块的检测,研究了不同缺陷对声学参量的影响.测试结果表明:有缺陷模块会使检测超声波比正常传播时声时变大(声速变小),波幅明显衰减,波形产生畸变,频率也会发生异常波动.因此,评价水泥模块的缺陷时要将声时、幅值、频率、波形结合起来,综合分析异常变化来确定缺陷的性质.     

Analysis of some large-scale nonlinear stochastic dynamic systems with subspace-EPC method

The probabilistic solutions to some nonlinear stochastic dynamic (NSD) systems with various polynomial types of nonlinearities in displacements are analyzed with the subspace-exponential polynomial closure (subspace-EPC) method. The space of the state variables of the large-scale nonlinear stochastic dynamic system excited by Gaussian white noises is separated into two subspaces. Both sides of the Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) equation corresponding to the NSD system are then integrated over one of the sub...     

非线性动力系统分岔图中的暗线

基于非线性动力系统混沌运动的回归特性，构造了一种对分岔图中穿过混沌区的暗线进行研究的数值回归算法。运用该算法求得抛物线映射的暗线，并与通过暗线方程精确求得的暗线进行比较，验证了算法的有效性。对Brussel振子系统和分段线性单级齿轮动力系统的暗线进行了研究。通过对非线性动力系统分岔图中暗线的研究，由其切点可以得到嵌在混沌区中的周期窗口，由其交点可以得到混沌吸引子的激变点。研究结果表明该算法有助于分析系统的动力学行为和控制混沌运动。     

An ultrasonic testing method for gas pressure welded joints of reinforcing steel bars

Gas pressure welding for jointing of reinforcing steel bars is most commonly used in Japan and the Far Eastern regions, where there are frequent earthquakes. An ultrasonic testing method has been developed for gas pressure welded joints. An intrinsic feature of the ultrasonic testing method is that there is a correlation between the ultrasonic testing results and the mechanical property (tensile strength) of joints. This feature enables non-destructive detection of gas pressure welded joints with tensile strength below a reference value. The theoretical justification for the correlation between the ultrasonic testing results and the tensile strength of the joints is discussed.