金属薄板Lamb波无损检测概况及国内外研究现状
时间:2017-01-04 20:07 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| Lamb波的发现是在1917年。当时英国力学家兰姆(H. Lamb)按平板自由边界条件解波动方程，得到了一种特殊的波动解[9]。后人把这种波动命名为Lamb波以纪念它的发现者。超声Lamb波是一种在厚度与激励声波波长为相同数量级的声波导中(如金属薄板)由纵波和横波合成的特殊形式的应力波[10]，它在不同厚度及不同激发频率下会产生不同的传播模式。Lamb波有对称Lamb和反对称Lamb两种类型，而对应每种类型又有多种模态。它是板中的导波，通常也称“板波”。板波是个总名词，当板的上下界面在力学上自由时，这种特殊的波就叫Lamb波[11]。Lamb波进行无损检测和无损评价的早期研究主要集中于均质、各向同性的介质中[12]，目前主要用于复合材料、胶接结构等的无损检测和评价。但是由于Lamb波在激励、传播、接收以及信号处理方面的复杂性，大大限制了它在工业生产中的广泛应用，而所有这些特点都是由于Lamb波的多模式和频散特性所决定的。20世纪40年代末，美国人 F．A．Firestone (此人也是超声探伤的发明者)首先将Lamb波应用于薄板探伤。后来美国通用电器公司的工程师D.C .Worlton[13]首先指出了铝和锆的频散曲线的模式特征可以应用于材料无损检测。随后的十年中，许多的研究机构和学者，如日本无损检测学会、日本科学家尾上守夫，德国科学家P．Holler等都对Lamb波进行较为深入的研究，证实了Lamb波技术作为无损检测方法有效性[14]。60年代，俄罗斯科学家I．A.Victorov出版了一本关于瑞利波与Lamb波的专著。1967年这本书被译为英文在美国出版，这是一本关于瑞利波和Lamb波的经典著作[15]。1978年Sachse等人探索了频散波的波数与相速度的测量，他们将频散信号进行傅立叶变换映射到频域，利用相位角的平移动，用相位频谱法计算出各个频率的相速度[16]。20世纪80年代到90年代初期，人们开始将Lamb波技术应用于复合材料的缺陷检测。美国航空航天局(NASA)的Saravanos等人从理论及实验上证实了利用Lamb波检测复合材料梁结构的分层缺陷[17,18]。英国国防与评估研究机构的Percibval和Birt则研究使用两种基本的Lamb波传播模式来检测材料缺陷[19]。20世纪90年代末，美国橡树岭国家实验室的Stephen W.Kercel 等采用贝叶斯参数估计对传播的多模式Lamb波进行了有效的分离，并对缺陷信号进行了成功识别[20]。最近一些年，Lamb波被广泛应用于各向同性和各向异性材料的机构安全检测中[21-23]。在2005年，美国阿拉莫斯国家实验室已经把Lamb波应用在大型管道的结构安全监控系统SHMS(Structal Healthy Monitor System)中，通过采用更为先进且廉价的超声换能器材料MFC(Macro-Fiber Composite)代替传统的PZT(压电陶瓷晶片)材料，大幅地降低了成本，并且极大地提高了检测精度与效率[24]。 在国内，我国航空材料研究所李家伟等也对Lamb波探伤进行了广泛地研究[25]。尤其是中国科学院声学研究所应崇福、张守玉和沈建中用光弹方法对Lamb波的应力分布进行了直接观察，这是世界上首次对Lamb波的应力分布进行直接观察，他们还对Lamb波传播与散射进行了观察和研究[11]。同济大学声学研究所的刘镇清、他得安采用二文傅立叶变换对Lamb波模式的识别和相速度检测进行了研究，在一定程度上识别出传播的Lamb波模式[26]。北京工业大学的郑祥明等对垂直耦合方式下单层铝板中的声—超声信号及多模式兰姆波的时频表示进行了研究，他们采用Cohen类等几种主要的时频分布对多模式Lamb波进行了对比研究，也在一定程度上识别出传播的Lamb波模式[27]。南京航空航天大学智能材料与结构研究所的袁慎芳教授研究小组研究了主动结构健康监控在航空领域的应用，利用神经网络的方法、小波变换方法、HHT方法提取出缺陷信号，进行在线监测4979 (责任编辑：qin) |