基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法研究

发布时间：2017-07-01 12:24

  本文关键词：基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电磁超声Lamb波技术以其无需耦合剂、环境适应性强和成本低等优点,在板材无损检测领域前景广阔。但是Lamb波的多模式和频散现象容易造成误检,且电磁超声Lamb波换能器很难满足军用级薄板检测的标准,需要优化设计以提升其检测精度。此外,单一换能器检测效率较低,采用换能器阵列虽然能显著提高检测速度,但目前并未有合理的换能器阵列排布方法。针对上述问题,本文开展了基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法研究。针对Lamb波在波导中的多模式和频散特性会影响缺陷检测的问题,提出基于二维有限元建模仿真的高模式消除方法和频散抑制方法。该方法充分考虑了Lamb波的激发曲线及换能器的换能机理,通过建模仿真分析声波的传播特性,分别给出了合理设计接收线圈从而消除高模式杂波的方法,频散现象较弱的换能器工作点范围,以及波结构特性的利用方法。针对目前关于Lamb波EMAT阵列声场分布研究不足,提出三维有限元频域建模方法。该方法将电磁场和物理场耦合,采用静磁场、涡流和结构场分步仿真的方式,有效地得到了试件内Lamb波三维声场及指向性。通过分析曲折线圈声场分布特性,提出声场可聚焦的线圈结构,并得出声场汇聚效果最优的线圈参数。根据仿真所得声场,计算得到了EMAT有效检测区域,并给出了换能器阵列的无盲区排布方法。针对目前对铝合金薄板高精度检测的需求,采用有限元仿真方法研究了电磁超声Lamb波对不同缺陷的检测特性。提出了基于二维模型的槽缺陷检测仿真研究方法,以及基于三维模型的孔缺陷检测研究方法。该方法通过时域仿真,可以得到Lamb波的入射波和缺陷反射回波波形。基于所建模型,分析了Lamb波的缺陷检测能力,研究了斜槽缺陷对检测效果的影响,并得到了提升孔缺陷检测能力的线圈参数设计方法。搭建了电磁超声实验平台,验证了仿真结果的正确性;研制基于电磁超声Lamb波换能器阵列的缺陷检测系统。实验结果表明,该系统能够有效地检测出Φ1mm的通孔和4mm宽、0.4mm深的槽缺陷,达到GJB 3384的检测要求。本文研究的基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法,能够为铝合金板材的快速无盲区检测奠定良好的基础。
【关键词】：电磁超声Lamb波 换能器阵列 传播特性 声场分布 缺陷检测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB552
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究目的和意义9-10
• 1.2 电磁超声Lamb波板材检测国内外研究现状10-16
• 1.2.1 Lamb波及EMAT换能器建模研究现状10-13
• 1.2.2 Lamb波检测技术及电磁超声检测设备研究现状13-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 电磁超声Lamb波传播特性及建模分析18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 电磁超声Lamb波换能器工作机理18-21
• 2.2.1 Lamb波的激发方程和频散曲线18-20
• 2.2.2 电磁超声Lamb波换能器结构及激发机理20-21
• 2.3 Lamb波的多模式特性及高模式杂波消除方法21-30
• 2.3.1 Lamb波的多模式特性的仿真分析21-26
• 2.3.2 接收换能器线圈对接收波形的选择作用26-30
• 2.4 电磁超声Lamb波的频散特性及抑制方法30-34
• 2.5 电磁超声Lamb波的波结构特性34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 电磁超声Lamb波换能器三维建模与阵列设计37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 三维频域有限元仿真模型建立37-42
• 3.2.1 仿真模型工作点选取37-38
• 3.2.2 有限元仿真模型的建立38-42
• 3.3 聚焦线圈的Lamb波EMAT声场仿真分析42-46
• 3.4 Lamb波换能器阵列排布方法46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 电磁超声Lamb波缺陷检测特性分析49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 Lamb波激发能力仿真研究49-52
• 4.3 有倾角的斜缺陷检测仿真研究52-56
• 4.4 通孔缺陷检测的三维仿真研究56-58
• 4.4.1 三维时域有限元模型的建立56-57
• 4.4.2 接收感应电动势计算57-58
• 4.5 不同线圈参数的孔缺陷检测仿真分析58-61
• 4.5.1 直线形线圈孔缺陷检测仿真分析58-59
• 4.5.2 聚焦线圈孔缺陷检测仿真分析59-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 实验系统设计及实验验证62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 仿真结果实验验证及分析62-68
• 5.2.1 实验平台及质点面内位移接收EMAT设计62-63
• 5.2.2 二维时域模型的验证63-64
• 5.2.3 Lamb波多模式及模式消除实验验证64
• 5.2.4 Lamb波频散特性及抑制实验验证64-66
• 5.2.5 Lamb波声场分布测量实验66-68
• 5.3 Lamb波EMAT阵列检测系统设计及缺陷检测实验68-72
• 5.3.1 板材缺陷检测系统设计68-70
• 5.3.2 缺陷检测实验70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-79
• 附录79-81
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张永生;黄松岭;赵伟;王s，

本文编号：505952