基于有限元法超声波频散曲线的研究

发布时间：2017-04-16 02:23

  本文关键词：基于有限元法超声波频散曲线的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于超声波无损检测技术具有快捷、灵敏、经济等特点,该技术已成为无损检测中最为重要的方法之一,广泛应用于航空航天、医疗器械以及海洋探测等领域。由于超声波在结构中传播时,会发生频散和多模态现象,给检测带来很大的麻烦,为了避免选择频散严重的区域和使分析过程产生较少的模态,选择合适的激励信号中心频率,成为超声无损检测领域中急需解决的难题,而选择合适的中心频率,必须根据导波的相速度和群速度频散曲线。对于简单各向同性结构比如:板、棒、管等波导结构,其频散曲线可以通过传统的波动求解方法得到,然而对于复杂或者复合材料等结构,很难使用解析法进行求解,前人研究的也比较少,严重制约着超声波无损检测的发展。所以本文提出一种快捷、有效的频散曲线绘制方法,有限元模态分析法,具体工作如下:首先,对有限元模态分析法的国内外研究现状进行阐述。介绍了有限元模态分析法计算频散特性的基本原理,相速度和群速度的计算方法,单元和模型尺寸计算准则,单元类型的选择以及建模注意事项。其次,对有限元模态分析法绘制Lamb波的频散曲线进行验证。在ABAQUS软件“后处理-可视化模块”,识别所需模态的振型,提取对应模态振型的固有频率,由公式计算相应频率对应的相速度和群速度,经MATLAB软件数据处理获得薄板的相速度和群速度频散曲线,并与解析法得到的相速度和群速度频散曲线对比,确定该方法的正确性。然后,对有限元模态分析法绘制管道结构中纵向导波的频散曲线进行验证。使用与薄板同样的方法进行模态分析、振型识别、频率的提取、数据处理、频散曲线的绘制以及对比。确定该方法的正确性,为后文该法的应用做准备。最后,对有限元模态分析法的应用进行阐述。使用有限元模态分析法分别绘制圆管周向导波和复合材料结构的频散曲线,简单介绍复合材料的建模方法,通过分析周向导波和复合材料结构的相速度和群速度频散曲线。从而确定有限元模态分析法对研究超声导波频散特性具有指导作用,为研究那些很难用解析法得到频散曲线的结构,提供了一种可行的方法。
【关键词】：有限元法 模态分析 超声波 频散曲线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 超声导波传播特性国外现状11-13
• 1.2.2 超声导波传播特性国内现状13
• 1.3 全文研究的主要工作及内容13-15
• 第二章 基本理论15-28
• 2.1 超声导波基本理论15-20
• 2.1.1 超声导波概念15
• 2.1.2 相速度和群速度15-18
• 2.1.3 多模态性及频散现象18-20
• 2.2 有限元模态分析法频散曲线计算原理20-27
• 2.2.1 有限元模态分析法的基本原理20-21
• 2.2.2 超声导波的数值模拟理论分析21-24
• 2.2.3 确定单元尺寸和模型长度24-25
• 2.2.4 ABAQUS单元类型的选择25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 有限元模态分析法的验证28-46
• 3.1 模态分析法绘制板中频散曲线的研究28-36
• 3.1.1 Lamb波概述28-29
• 3.1.2 二维板模型的创建及其频率的提取29-31
• 3.1.3 Lamb波频散曲线的绘制及准确性验证31-36
• 3.2 模态分析法绘制管中频散曲线的研究36-45
• 3.2.1 圆管中的导波概述36-38
• 3.2.2 空心圆柱体模型建立及其频率提取38-41
• 3.2.3 纵向导波频散曲线的绘制及准确性验证41-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 有限元模态分析法在周向导波中的应用46-52
• 4.1 周向导波概述46-51
• 4.1.1 周向模型的建立及其频率提取47-50
• 4.1.2 周向导波频散曲线的绘制50-51
• 4.2 本章小结51-52
• 第五章 有限元模态分析法在复合材料中的应用52-69
• 5.1 复合材料概述及研究意义52-67
• 5.1.1 单向复合材料模型的建立及其频率提取53-58
• 5.1.2 复合材料单向板频散曲线的绘制58-61
• 5.1.3 复合材料层合板模型创建及其频率提取61-65
• 5.1.4 复合材料层合板频散曲线的绘制65-67
• 5.2 本章小结67-69
• 第六章 工作总结与展望69-72
• 6.1 论文工作总结69-70
• 6.2 论文展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士期间研究成果76-77

【参考文献】

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1 罗岩;超声导波检测技术的研究[D];沈阳工业大学;2006年

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本文编号：309807