激励方式对工程层状结构缺陷超声响应的影响

发布时间：2017-10-31 04:11

  本文关键词：激励方式对工程层状结构缺陷超声响应的影响

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【摘要】：层状结构是一种重要的工程单元结构,其界面粘接质量及各层结构质量直接关系到工程结构的安全性及耐久性,故工程层状结构缺陷检测非常重要。超声检测是工程无损检测及质量评价的重要手段。但是利用超声波探测工程层状结构的内部缺陷,存在响应信号信噪比(SNR)较低及回波不易识别等问题。超声检测是基于激励-介质-响应过程的检测方法,欲提高响应的质量,在介质一定的情况下,只能改变超声检测的激励方式。为了更加合理地设计出针对工程层状结构缺陷的检测方案,本文研究了激励方式对层状结构缺陷超声响应的影响,其主要研究内容及结果如下:(1)研究了激励频率对工程层状结构缺陷超声响应的影响。采用ANSYS软件的瞬态动力学模块,建立界面缺陷的两层工程层状结构有限元模型。对分层粘结结构缺陷检测中常用的超声激励频率细分为31组进行模拟计算,对响应信号的波速、幅值、积分值、非线性系数等响应参数进行分析,结果表明:在50KHz-200KHz之间,透射响应峰值参数及积分值参数随着频率的增加呈递减趋势,入射波包的峰值参数及积分值参数随频率的增加先下降后上升,并都在165KHz得到最小值。反射响应与入射信号峰值的比值在75KHz-130KHz时较大,积分值比在80KHz-120KHz时较大。(2)研究了脉冲时间宽度对工程层状结构缺陷超声响应的影响。采用ANSYS软件的LS-DYNA模块,建立内层介质缺陷的两层工程层状结构有限元模型,用不同脉冲时间宽度的激励信号进行了加载并求解分析,结果表明:响应信号受激励脉冲时间宽度的影响,当脉冲时间宽度小于40?s时,响应的峰值参数随脉冲时间宽度的增加而增加。当脉冲时间宽度超过40?s后,响应的峰值参数趋于稳定。超声波在层状结构中传播的过程中存在频率衰减的现象,导致超声响应的主频向左偏移。偏移量随着脉冲时间宽度的增加而减小。脉冲时间宽度为10μs时,主频发生了明显偏移。(3)研究了Chirp编码信号检测工程层状结构缺陷的方法。针对传统超声检测混凝土层状结构界面缺陷中SNR低、响应信号不易识别的问题,提出了用Chirp编码信号检测的方法。介绍了Chirp编码的基本方法和原理,设计了匹配滤波数字计算方法,接收信号通过匹配滤波处理后,得到峰值和SNR较高的压缩输出信号。对具有不同尺寸界面缺陷的工程层状结构的检测进行了有限元模拟。结果表明:Chirp编码信号检测工程层状结构能够在保证缺陷分辨力的同时提高SNR。通过本文的研究,对于采用超声法检测工程层状结构质量以及工程超声检测设备的开发与研究具有一定的参考及指导意义。
【关键词】：编码激励 层状结构 Chirp信号 脉冲压缩
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 工程层状结构9-11
• 1.1.1 层状结构的工程应用9-10
• 1.1.2 工程层状结构的常见病害及其发育位置10-11
• 1.2 工程层状结构缺陷检测方法与性能比较11-13
• 1.2.1 工程层状结构的半破损检测方法12
• 1.2.2 工程层状结构的无损检测方法12-13
• 1.3 超声波检测法在层状结构检测中的应用13-15
• 1.3.1 超声波检测工程层状结构缺陷的基本原理13-14
• 1.3.2 工程层状结构缺陷超声检测响应特征值分析14
• 1.3.3 超声波检测的研究进展14-15
• 1.4 编码激励技术15-17
• 1.4.1 编码技术的基本原理15
• 1.4.2 Chirp编码信号与匹配滤波器15-17
• 1.5 本文的研究依据及主要内容17-20
• 第2章 激励频率对工程层状结构缺陷超声响应的影响20-34
• 2.1 工程层状结构外层缺陷有限元模型20-24
• 2.1.1 层状结构界面缺陷模型的建立20-21
• 2.1.2 界面缺陷有限元模型的建立21-23
• 2.1.3 模型的加载与计算23-24
• 2.2 激励脉冲频率对工程层状结构界面缺陷响应的影响24-30
• 2.2.1 激励频率对界面缺陷峰值特征的影响24-27
• 2.2.2 激励频率对界面缺陷下积分特征值的影响27-30
• 2.3 不同尺寸界面缺陷下激励频率的选择30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 脉冲时间宽度对工程层状结构缺陷超声响应的影响34-48
• 3.1 工程层状结构内层缺陷有限元模型34-37
• 3.1.1 层状结构内层缺陷模型的建立34-35
• 3.1.2 内层缺陷有限元模型的建立35-36
• 3.1.3 模型的加载与计算36-37
• 3.2 脉冲时间宽度对工程层状结构缺陷响应的影响37-45
• 3.2.1 脉冲时间宽度对内层缺陷超声峰值响应的影响39-42
• 3.2.2 脉冲时间宽度对内层缺陷非线性响应的影响42-45
• 3.3 不同尺寸内层缺陷下脉冲时间宽度的选择45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 chirp编码信号检测工程层状结构缺陷的研究48-60
• 4.1 工程层状结构界面缺陷有限元模型48-52
• 4.1.1 层状结构界面缺陷模型的建立48-49
• 4.1.2 界面缺陷有限元模型的建立49-50
• 4.1.3 模型的加载与计算50-52
• 4.2 Chirp编码信号检测层状结构界面缺陷响应分析52-57
• 4.2.1 Chirp编码的透射响应声时及信噪比分析52-56
• 4.2.2 Chirp编码的回波响应声时分析56-57
• 4.3 Chirp编码信号尺寸分辨力分析57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录：个人简历、攻读学位期间发表的论文67

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本文编号：1120713