基于非线性声学的铝材疲劳裂纹检测方法研究与实验

发布时间：2017-09-20 20:14

  本文关键词：基于非线性声学的铝材疲劳裂纹检测方法研究与实验

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【摘要】：金属疲劳是金属结构失效的主要原因。由于铝合金板材广泛应用于飞机以及航空航天器材的结构当中,一旦失效,必然会造成巨大的损失,甚至是人员伤亡。本文以非线性声学原理为基础,将光学领域引申而来的声学时间反转法应用到声波信号的处理中,对铝合金板材中疲劳裂纹的特性进行了细致的研究。对固体介质中非线性超声波动方程进行了分析,证明了可以通过固体非线性系数?来表征金属材料的疲劳程度。分析了时间反转技术的原理,对时间反转法的理论表达式进行了推导,介绍了时间反转法在疲劳裂纹检测中的应用。构建了一个以圆形压电传感器(PZT)为核心的疲劳裂纹检测系统,该系统由任意波形发生器、信号发射PZT、待测2024航空铝合金板、信号接收PZT、数字存储示波器、激光测振仪和计算机数据采集、分析软件组成。选取50kHz到1MHz之间的频率进行实验,含有疲劳裂纹的样板中有二次谐波出现,但二次谐波的幅度较小,表明用非线性系数?来表征介质损伤程度并不理想。利用时间反转原理的优越性可提高信噪比和自适应聚焦,可有效解决超声波在介质传播中衰减的问题。通过对铝合金板材自聚焦特性的研究,确定猝发兰姆波为时间反转过程的激励波型。通过对铝合金板材进行单阵元与多阵元声波时间反转的自聚焦实验研究,证明时间反转法可提高声波信号的信噪比,并产生良好的聚焦增益。此外,对含有不同疲劳裂纹的铝合金板材进行声波自聚焦实验,证明铝板中疲劳裂纹的大小对声波自聚焦的峰值幅度影响不大,当铝板中出现宏观裂纹时,时域波形聚焦峰值区域出现等幅方波,在其相对应频谱中,出现新的频率成分即三次谐波。
【关键词】：铝合金 疲劳裂纹 超声检测 非线性声学 时间反转
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V252.2;V250.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的来源及意义10-11
• 1.2 金属疲劳裂纹检测方法的国内外研究现状11-15
• 1.2.1 机器视觉检测法12-13
• 1.2.2 电磁声发射检测技术13
• 1.2.3 非线性超声检测法13-14
• 1.2.4 金属疲劳裂纹检测的其它方法14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第2章 非线性声学和时间反转法分析16-24
• 2.1 非线性声学16-18
• 2.1.1 非线性参数的理论分析16-17
• 2.1.2 金属疲劳裂纹的非线性声学特征17-18
• 2.2 时间反转法18-23
• 2.2.1 时间反转技术的基本理论19-21
• 2.2.2 非线性时间反转法在金属疲劳裂纹检测中的应用21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 铝合金板材非线性声学特性研究24-36
• 3.1 实验系统构成24-25
• 3.2 压电元件工作原理25-26
• 3.3 非线性声学实验26-35
• 3.3.1 理论基础26
• 3.3.2 实验方案26-27
• 3.3.3 实验结果分析27-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 铝合金板材疲劳裂纹的检测36-54
• 4.1 波型对自聚焦特性的影响36-39
• 4.2 单通道时间反转原理及实现39-42
• 4.2.1 理论基础39-40
• 4.2.2 实验方案40
• 4.2.3 实验结果分析40-42
• 4.3 多通道时间反转原理及实现42-46
• 4.3.1 理论基础42-43
• 4.3.2 实验方案43
• 4.3.3 实验结果分析43-46
• 4.4 疲劳裂纹的声波自聚焦检测46-52
• 4.4.1 实验方案46-47
• 4.4.2 实验结果分析47-52
• 4.5 本章小结52-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：890139