板结构Lamb波无损检测技术国内外研究现状
时间:2017-03-24 20:49 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| Lamb波通常指在自由边界固体板中的弹性波，当板的厚度与波长处于同一数量级时，板中的纵波和横波发生耦合，经过在板内一段时间的传播之后，因叠加而产生“波包”，即通常所说的板中的导波模态[5]。Lamb波可以传播很远的距离，可以用来监测结构表面和内部的各种损伤，在监测大面积结构比如机翼和机身上有广阔的应用前景。6768 将Lamb波作为缺陷检测方法可追溯至1960年，Worlton[6]利用铝和锆频散曲线的模态特征可应用于材料的无损监测。随后的十年中，许多的研究人员证实了Lamb波检测技术的有效性。二十世纪优尔十年代末，Demer和Fentnor首次将Lamb波技术应用于航空领域[7]。 二十世纪八十年代到九十年代初期，人们开始将Lamb波技术应用于复合材料的缺陷检测。Saravanos等人从理论及实验上证实了可以利用Lamb波检测复合材料梁结构的分层损伤[8-9]。Percival和Birt则研究了利用两种基本的Lamb波传播模态来检测材料损伤[10]。Cawley的小组己研究了方向性Lamb波激发的优化，开发了用于激励和检测Lamb波的PVDF传感器，可实时监测金属材料的损伤。 最近几年Lamb波被广泛应用于各向同性和各向异性材料的结构健康检测中。Alleyne[11]通过一系列系统的数值模拟和试验，研究了槽状缺陷与各模态兰姆波的相互作用，并利用兰姆波检测出小于其波长的槽状缺陷。Guo和Cawley[12]研究了S0模态的Lamb波与层板中脱层的相互作用。在他们的研究中，首先用理论方法得到了低阶模态的Lamb波在层板中的频散曲线，然后用有限元方法和实验方法对层板中不同界面处的脱层与S0模态波的相互作用关系进行了研究。研究结果表明，从脱层处反射的S0模态波的幅值在很大程度上取决于脱层在厚度方向上的位置，反射最大和最小的位置分别对应于脱层界面处剪应力最大和最小的位置。Rose[13]综述了导波技术的应用领域，并探讨了如何利用特定模态和频率导波来解决特定的检测问题。Giurgiutiu[14]将超声导波技术应用于多种结构的健康检测，可以检测出裂纹缺陷。Kessler[15]将Lamb检测技术应用于复合材料的结构健康监测。Tua[16-17]对板状结构的裂纹类缺陷进行了研究，并利用HHT对检测信号进行了处理。Guy[18]通过用频谱建立损伤指标来对冲击造成的脱层和基体纤文断裂损伤与Lamb波的相互作用进行研究，表明这种方法对冲击损伤具有比较好的敏感度。Lowe[19-20]对缺陷反射回波与相关噪音（如由边界反射回波、多模态等）的能量水平进行了研究，发现缺陷反射信号的能量范围为-15dB到-40dB，而相关噪音的能量范围为-15dB到-40dB。且该噪音信号不受结构缺陷是否存在而变化。试验证明了可以通过将检测到的表征结构运行状态的导波信号与结构未损伤时检测到的导波信号相比较的方法，降低特征体反射信号在检测波形的比重，使得缺陷反射信号相对突出出来，有助于提高缺陷检测灵敏度和准确度。 结构中的缺陷会导致Lamb波检测信号发生变化，同时温度、结构表面状况等环境因素的改变也会影Lamb检测信号。Michael[21-22]分析了这些影响因素，选取一个基准参考信号，分别环境因素改变前后检测信号的差异，通过分析时域差信号的能量值，频域差信号的能量值和信号的互相关性，讨论不同因素对检测信号的影响。深入研究了温度对Lamb波检测结果的影响，研究表明温度对检测信号会产生两个方面的影响，首先是会导致检测信号时域波形发生伸展（或压缩），其次会扭曲波形。当温度变化时，通过计算不同温度下响应信号的相关性，发现波形的伸缩性与温度的变换满足线性关系。同时研究了在同一温度下，结构在无缺陷和引入缺陷后的时域波形变化情况，结果显示波形没有发生延迟，只是在部分区域发生了畸变。通过分析温度的影响，可以将温度定性归纳为一个影响因子引入健康监测系统，可以在检测过程中不用考虑温度的影响。 (责任编辑：qin) |