Lamb波传播与检测理论国内外研究现状
时间:2023-02-12 19:16 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
Lamb波的概念是由英国力学家Horace Lamb在1917年第一次提出的。到了20世纪40年代,Lamb波开始应用于薄板中缺陷的探测。近年来,Lamb波越来越广泛的应用于各向同性和各向异性材料的安全检测中[5,6]。2005年美国的阿拉莫斯国家实验室首次将先进且廉价的超声换能器材料MFC (Macro-Fiber Composite)运用到大型管道的结构安全监测系统SHMS(Structural Healthy Monitor System)中,运用Lamb波进行结构探伤,这一创新使得生产成本大幅度降低,以及安全检测的精确度和效率显著提高。87446 由于Lamb波传播与检测理论十分复杂,因此虽然在金属薄板上激发并探测Lamb波是此项研究最早的应用领域[7],但是仍然有许多问题亟需讨论并解决。对于在金属薄板上激发Lamb波的理论机制,由于理论的不完善,仍存在一些分歧与争执点,比如Lamb波的散射与分层的影响,最佳探伤参数的选择,如何对板上缺陷的定位与定型以及怎样对人工缺陷进行设定等,这些都是在工业安全生产中必须要解决的问题。 超声导波(GUWs)的使用被证明是有效的无损检测(NDT)波导。GUW检测的特点在于可以探测长距离传播的波导,能够从几个探测点定位缺陷与缺口,同时提供断面全覆盖,并且它们可以在衰减很小的情况下传播很长的距离[8-11]。 20世纪30~40年代初,Cagniard和Scholte开始对流-固界面波进行研究[12]。近几年来,众多学者逐渐开始对激光热弹激发流-固界面波的问题进行研究[13,14]。Gesev[14]通过积分变换思想,对热弹体运动方程以及热传导方程进行耦合求解,并得到了渐进解与不同介质之间的关系。P。Rizzo[15]等人设计一个暴露在探测系统下,表面带有刻痕和缺口的平板,通过对传播过程中不断衰减的波形进行小波分析,从而对超声导波的无损检测进行模拟。脉冲激光作用于水中薄铝板表面,通过一对浸没式传感器对探测信号进行分析。此外,P。Rizzo[15]等人研究发现激光点源与薄板样品之间的液体层厚度对激光激发出的超声Lamb波能量的影响很大。对于1064nm的波长来说,随着水位的升高,信号强度呈指数下降。E。Pistone[16]等人利用光学透明的水,通过脉冲激光的作用,诱导波导中的应力波。他们通过研究温度对信噪比的影响,得出水的温度对在基体材料中传播的超声Lamb波能量只有很小或几乎没有影响。Christ Glorieux等人通过实验对激光激发不同液-固界面产生的界面波进行研究,并且对其进行无损检测的可能性进行了讨论。 国内学者中,朱哲民[17]等研究了在有液体负载的平板中传播的Lamb波的色散关系。他们从数值分析中得出Lamb波的速度随着水层厚度的变化而变化。高广健与邓明晰[18]等人通过数值分析,选择出了一种适用于有液体负载的固体平板的无损检测的Lamb波模式,即s2模式的Lamb波。由于低阶Lamb波模式在水下薄板中传播时会存在声能量耗散的问题,因此对于水下薄板中超声Lamb波的无损检测,就需要选择出一种能够传播相对较长距离,并且拥有缺陷定位能力的Lamb波模式。通过数值分析选择出的s2模式Lamb波具有在平板表面法向位移分量为零、小的色散以及最大群速度等特点。实验中选择可调倾斜角θ的楔形换能器激发和探测Lamb波信号,检测覆盖蜂蜜层的薄板上的回波信号,最后得出液体负载对于s2模式Lamb波信号传播的影响较小,但却能有效消除在板端通过模式转换产生的其它信号的结论。此外,同济大学的钱梦禄[19]教授通过傅立叶变换的思想,对激光在气-固界面上激发泄漏Rayleigh波和Scholte波进行计算,并用激光干涉仪探测到了激光在空气-铁界面上激发的两种波形。 (责任编辑:qin) |