基于激光超声技术的钢轨表面及亚表面缺陷检测研究
发布时间：2021-03-07 13:31
超声技术在钢轨缺陷的无损检测中运用广泛,但常规超声技术存在声场盲区,导致钢轨表面及亚表面缺陷（表面以下5mm内）无法检出。激光超声技术可通过非接触方式在固体表层同时激发多种模式的超声波,且不存在声场盲区问题,所以激光超声在钢轨缺陷检测上的应用研究有着重大的意义,因此本文研究目标是研究激光超声技术在钢轨表面及亚表面的缺陷检测的应用问题。首先介绍了激光激励超声波理论,通过材料的热弹耦合方程得到其有限元形式,并利用中心差分法进行显示积分来求解。根据该理论在有限元软件上建立了激光超声的钢轨缺陷检测有限元模型,在网格划分过程中采用了收敛分析法确定网格尺寸,并通过其物理分析及实验法验证了该模型的正确性。随后通过有限元和实验的方法对激光超声在钢轨表面及亚表面缺陷检测上最佳激励问题进行了研究。在激光相关参数的研究中得到激光的能量、脉冲宽度以及光斑尺寸都会对在信号振幅造成影响,而脉冲宽度和光斑横向宽度是超声接收的时间延迟主要影响因素,但只有光斑横向宽度会对频谱其造成影响。在激励方式的研究中得到激光线源指向性好,接收到的信号振幅更大,且纵向相对于横向激发的超声波回波比和信噪比都更高,所以激光线源在钢轨表层...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于热膨胀理论的激光激发超声波示意图
图 2-2 60kg 钢轨截面尺寸解析图0kg 钢轨材料的杨氏模量为 210GPa，泊松比为 0.29，密度为 7840kg·m-3,热.18×10-5K，其他热物性参数见表2-1，这些参数随着温度变化而变化。表 2-1 有限元模拟中用到的钢轨材料的热物性参数Temperture/K 25 100 200 300 400 Specific heat/J·kg-1·k-1472 480 498 524 560 hermal conductivity/W·m-1·k-193.2 87.7 83.5 80.4 78.1 Temperture/K 600 700 800 900 1000 Specific heat/J·kg-1·k-1700 1000 806 637 602 hermal conductivity74.16 71.98 68.66 66.49 65.92
图 2-3 激光辐照钢轨表面模型图 2-4 模拟中激发与接收位置示意图在时间和空间的分布近似为高斯分布函数。激光能量在时 f ( x ,y )分别表示：( )3 24 20 08 2 = t tg t expt t
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢轨轨腰缺陷激光-电磁超声检测及信号处理[J]. 孙继华,赵扬,南钢洋,马健,刘帅,王启武,巨阳. 激光杂志. 2017(12)
[2]应用微分算法处理特种管道测厚激光超声信号[J]. 曹建树,罗振兴,姬保平. 光学精密工程. 2017(05)
[3]基于分离谱技术的激光超声信号处理[J]. 王余敬,吴耀金,刘辉,郭华玲. 工业技术创新. 2015(06)
[4]激光超声检测技术在复合材料检测中的应用[J]. 周正干,孙广开,李征,张耀. 哈尔滨理工大学学报. 2012(06)
[5]小波变换在激光超声无损检测信号去噪中的应用[J]. 尹向宝. 实验室研究与探索. 2009(01)
[6]激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析[J]. 关建飞,沈中华,许伯强,陆建,倪晓武. 激光技术. 2005(03)
[7]铁路钢轨损伤机理研究[J]. 刘启跃,张波,周仲荣. 中国机械工程. 2002(18)
[8]固体中激光热弹超声的特性[J]. 是度芳,吴亚平,贺渝龙. 固体力学学报. 1997(04)
博士论文
[1]激光声表面波及其探测表面缺陷的机理研究[D]. 关建飞.南京理工大学 2006
本文编号：3069188
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于热膨胀理论的激光激发超声波示意图
图 2-2 60kg 钢轨截面尺寸解析图0kg 钢轨材料的杨氏模量为 210GPa，泊松比为 0.29，密度为 7840kg·m-3,热.18×10-5K，其他热物性参数见表2-1，这些参数随着温度变化而变化。表 2-1 有限元模拟中用到的钢轨材料的热物性参数Temperture/K 25 100 200 300 400 Specific heat/J·kg-1·k-1472 480 498 524 560 hermal conductivity/W·m-1·k-193.2 87.7 83.5 80.4 78.1 Temperture/K 600 700 800 900 1000 Specific heat/J·kg-1·k-1700 1000 806 637 602 hermal conductivity74.16 71.98 68.66 66.49 65.92
图 2-3 激光辐照钢轨表面模型图 2-4 模拟中激发与接收位置示意图在时间和空间的分布近似为高斯分布函数。激光能量在时 f ( x ,y )分别表示：( )3 24 20 08 2 = t tg t expt t
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢轨轨腰缺陷激光-电磁超声检测及信号处理[J]. 孙继华,赵扬,南钢洋,马健,刘帅,王启武,巨阳. 激光杂志. 2017(12)
[2]应用微分算法处理特种管道测厚激光超声信号[J]. 曹建树,罗振兴,姬保平. 光学精密工程. 2017(05)
[3]基于分离谱技术的激光超声信号处理[J]. 王余敬,吴耀金,刘辉,郭华玲. 工业技术创新. 2015(06)
[4]激光超声检测技术在复合材料检测中的应用[J]. 周正干,孙广开,李征,张耀. 哈尔滨理工大学学报. 2012(06)
[5]小波变换在激光超声无损检测信号去噪中的应用[J]. 尹向宝. 实验室研究与探索. 2009(01)
[6]激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析[J]. 关建飞,沈中华,许伯强,陆建,倪晓武. 激光技术. 2005(03)
[7]铁路钢轨损伤机理研究[J]. 刘启跃,张波,周仲荣. 中国机械工程. 2002(18)
[8]固体中激光热弹超声的特性[J]. 是度芳,吴亚平,贺渝龙. 固体力学学报. 1997(04)
博士论文
[1]激光声表面波及其探测表面缺陷的机理研究[D]. 关建飞.南京理工大学 2006
本文编号：3069188
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