摘要 本文主要研究使用SH-PWAS压电晶片在铝板中激励水平剪切波（SH波） ，以及探究SH波的波速、方向性传播等性质。本文首先介绍了超声无损检测的基本理论，并且推导了 SH波的频散方程和绘制出频散曲线；其次设计并完成了三个实验以探究SH波的基本性质，分别为（1）波速测定实验，测定SH 波在铝板中的波速；（2）SH波激励/接收实验，比较SH-PWAS晶片和PWAS晶片在激励/接收SH波时的异同；（3）SH波激励和传播的方向性实验，探究 SH波在不同角度的信号强度变化规律，寻找接收 SH波的最佳角度；最后利用有限元模拟软件 ABAQUS对SH波在铝板中的激励和传播过程做了有限元模拟，并且将实验得出的结果与有限元模拟出的结果进行对比分析。 58988
毕业论文关键词：超声无损检测、SH波、有限元模拟、PWAS、ABAQUS。
Abstract The thesis is based on the theory of excited shear horizontal (SH) guided waves in aluminum plate that SH-PWAS piezoelectric wafer is attached to its surface, and then studied the physical properties of SH waves including the wave guide of propagation and wave velocity. First, the basic theory of NDT is introduced in the thesis, then the frequency dispersion equations derived and dispersion curves of the SH wave figured. Secondly, three designed experiments are to study fundamental physical properties of the SH wave. Experiment (1).Measuring SH wave propagation velocity. (2) To verify PWAS could excite and receive the SH wave or not. (3) To explore the effect of exciting and receiving SH waves in different directions. Finally, the finite element simulation has been simulated by the ABAQUS, and the results were compared with those experimental results.
Keywords: NDT， SH guided wave， Finite element simulation, PWAS, ABAQUS.
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2.1 超声检测现状 . 2
1.2.2 SH波检测的现状及发展 3
1.3本文的研究内容 3
第二章 理论背景 . 5
2.1超声波相关理论基础 .. 5
2.1.1 超声波的分类 . 5
2.1.2超声波的激励与接收 . 6
2.1.3超声波的反射、折射定律 6
2.2超声波检测原理 8
2.3 SH 波相关理论 . 8
2.3.1 SH波的产生原理 . 8
2.3.2 SH波的声场特性 . 9
2.3.3 SH波的频散曲线 . 9
2.4 压电晶片有源传感器（PWAS） .. 12
第三章 相关实验 16
3.1实验流程及器材 .. 16
3.1.1 实验流程 . 16
3.1.2实验器材 . 17
3.2 实验过程 .. 20
3.2.1 SH波波速测定 .. 20
3.2.2 SH波激励/接收实验 22
3.2.3 SH波方向性实验 23
3.3 本章小节 .. 25
第四章 有限元模拟 26
4.1 有限元模拟的相关准备 .. 26
4.1.1 模拟使用的软件 . 26
4.1.2 模拟过程 . 26
4.2 模拟结果 .. 28
4.3 本章小节 .. 29
第五章 总结 .. 30
致谢 . 31
参考文献 .. 32
第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 随着现代工业快速发展，各种大型设备被快速应用到工业生产当中，各式各样的巨型建筑也逐渐走进我们的生活，而如何来检测这些设备或者建筑的安全质量，成为了一个非常重要的问题。 超声波检测作为一种非常有效的无损检测技术，在材料无损检测中应用非常广泛，例如检测评估复合材料粘接程度、钢板中的杂质、暗伤检测、输油气管道的腐蚀程度，甚至高空索道的钢索强度等等。相比较于传统的检测技术，超声检测使用的超声波具有传播距离远、检测方便快捷等特点，在大型构件(如板材、管道、铁轨等)和复合材料的无损检测中具有良好的应用前景[1]。 现代超声无损检测使用的SH波多由电磁传感器或者EMAT激发， 不过基于压电的传感器产生的SH波会表现出更好的声波。 同时， 考虑到EMAT需要传导结构，而PWAS 可用于导电金属结构和非导电复合材料（例如，玻璃纤维增强聚合物），且价格相对于低廉。在效能方面，EMAT在检测损伤方面具有可靠性，尤其是磁致伸缩MsS。 SH-PWAS可以作为用于替代例如检测漏孔在翼梁的螺旋波超声常规探头。这项应用不一定只适用于检测漏孔，也可用于紧固件的孔检测源[自-优尔^`论/文'网·www.youerw.com 。SH-PWAS 可以作为在管道裂缝损伤检测中扭转波的激发器或者接收器， 也可以用于检测粘接抗剪刚度。 板状物体横截面厚度与波长在同一数量级时，在板内所传播声导波被称为板波，其中包括SH波和兰姆波，SH波的本质是水平偏振的横波，而兰姆波由纵波与垂直偏振的横波合成，每种板波都有独立的频率方程和不同的频散曲线，即相速度与群速度对频率与板厚乘积的关系曲线及质点位移曲线[2]。 基于水平剪切压电传感器的SH波激励与接收:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_64013.html