基于激光超声透射波波包能量的缺陷定量检测研究

发布时间：2021-01-17 14:08

　　为了实现对金属构件表面微小裂纹的定量检测,本文采用仿真和实验相结合的方法,对经过不同深度表面裂纹的激光超声透射Rayleigh（瑞利）波的波形进行对比分析,提取畸变区域内的波形,计算其波包能量,研究波包能量与表面裂纹深度的依赖关系,并通过拟合表达式对裂纹深度进行反演。研究结果表明:当表面裂纹的深度以0.1 mm的步长从0.1 mm增加到0.5 mm时,透射Rayleigh波的波包能量呈线性减少,且仿真与实验分析结果相一致。反演所得裂纹深度与理论裂纹深度的最大误差为0.022 4 mm,总体平均误差为0.011 5 mm。因此,该研究结果可以有效的对表面裂纹深度进行定量表征。 

【文章来源】：应用激光. 2020,40(01)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

实验平台

本文利用有限元分析工具建立的数值模型如图1所示。在所建模型中,用矩形凹槽代替金属构件表面的疲劳裂纹。激光线源辐照样品的模型可以利用材料的线弹性、各向同性以及全部载荷在Z轴方向上均匀分布的特征将3D空间模型转换为2D平面模型进行求解,如图2所示。2D平面模型的长度为30 mm,宽度为8 mm。在距模型左边界16 mm的位置设有矩形凹槽,凹槽的深度为0.1 mm～0.5 mm,间隔0.1 mm,宽度为0.2 mm。选取距离凹槽左边沿1 mm的位置M作为超声信号的激励点,距离凹槽右边沿3 mm的位置N作为超声信号的探测点。图2 3D模型横截面示意图

图1 3D数值模型示意图模型中,将激光线源引起的试件上表面附近的瞬间大的温度梯度简化为瞬时表面温度载荷。因此,模型进一步简化为求解二维热-结构耦合的平面弹性应变问题。本文采用直接耦合分析解法进行建模仿真,选用二维耦合单元 PLANE13 进行模型的求解。热场与结构场耦合的实质是将热场方程与结构场方程通过热应变项联系在一起。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
[1]激光超声激励与检测技术研究[D]. 刘丹.中北大学 2015



本文编号：2983035