金属微缺陷结构的超声特征提取方法研究
发布时间:2021-01-06 01:09
超声检测及金属材料广泛应用于工业领域。工业技术的高速发展也对其产生了新的技术要求,需要了解金属材料缺陷的大小及形状分布、要求探测缺陷尺寸越来越细微等。利用缺陷金属材料反射及散射的超声波特征,并提取其中有测量意义的特征来推断缺陷的大小形状位置等参数一直是金属超声检测技术的核心研究问题。本论文采用时域有限差分(FDTD)方法模拟不同缺陷情况的铝-水结构,系统提取分析了超声回波特征,并研究了这些特征与缺陷的量化关系。论文主要对缺陷由两个亚波长散射体组成的铝-水结构进行研究。论文对超声波在不同散射体直径、间距以及角度的缺陷结构中的传播进行了仿真计算,发现不同的缺陷结构其超声回波波形也不相同,论文定义了归一化波谷幅值(AOT)及归一化波峰幅值(AOC)来量化不同微缺陷结构的超声特征。研究结果表明,归一化幅值与散射体直径成正相关。而两散射体间距的增加会令两种归一化幅值出现不同的改变趋势,论文研究了反射回波AOT值及AOC值和散射体间距及散射体直径的关系,这可以用于在超声检测中判断散射体直径及位置参数。两散射体角度的改变也会令反射回波发生明显的改变,论文发现两散射体呈不同角度时反射回波表现出不同的波...
【文章来源】:苏州大学江苏省
【文章页数】:73 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2.1微小立方体内的应力分布图???=(又+?+也+?)'??
金属微缺陷结构的超声特征提取方法研宄??第三章微结构中散射体直径和排列方式??对超声波传播特性的研究??本章首先研宄单个散射体时的超声传播特性,处理分析单个散射体时的超声特??征。之后研宄两个散射体时的超声传播特性,与单个散射体的超声特征进行分析比较,??并依次改变散射体尺寸、排列方式等,研究不同散射体尺寸、排列方式与超声特征的??量化关系,得到可以用于判断散射体参数的超声特征提取方法。??本文主要对二维铝-水结构进行研宂,即以铝作为基质材料,而以水构成散射体,??仿真计算结构如图3.1所示。仿真采用边长为50mm的正方形铝板,根据第二章中所??述FDTD中解的稳定性条件,为保证计算结果的收敛性,选取空间步长为0.02mm,??时间步长则为2.22ns。以铝板中心为原点构建二维笛卡尔坐标系,选取入射声源为长??度为8mm的线性条状声源,声源中心位于x轴与铝板左侧边界的交点。而反射接收??器同样位于x轴上,距离声源中心1.6mm。而透射接收器则位于x轴与铝板右侧边界??的交点,两接收器分别占据一个网格。仿真时,由于材质中声速与温度有关,因此设??定仿真温度为25°C,那么此时,基质材料铝及散射体材料水中的声速分别为6325?m/s??和1500m/s[79]。那么当入射声波频率为1MHz时,铝板中波长即为6.325mm。数值??仿真时,在铝板外围设置完全匹配层,为令吸波特性达到最佳,其厚度设置为波长的??两倍[8°,8丨]。??允全匹配??反射接■?(■铝板????I?,?i?I??■.......:........土:、..........?...............|?透射接??声源一p?i?^?收器??
第三章微结构中散射体直径和排列方式对超声波传播特性的研究?金属微缺陷结构的超声特征提取方法研究???<-一―??中心散射体??图3.3铝板中微结构示意图??图3.4是计算过程30%时单个散射体取不同直径时的声压分布图。图中蓝色区域??的声压值小于红色区域,亮蓝色区域的声压值小于深蓝色区域。图(a)为铝板中没??有缺陷的对照组。发现对于不同尺寸的单个散射体结构,声压能量都主要集中在散射??体中。当中心散射体直径很小时,得到的声压图与没有散射体时的Ref声压图几乎没??有差别。随着散射体直径的增加,散射体蕴含的声压能量增加,同时散射体周围波纹??更加明显,即能量值也随之增加。??_?_?_??IH1??(b)d?=?0.1A?(e)d?=?0AA?(h)d?=?0.7A??■?B_??(c)d?=?0.2A?(f)d=0.5A?(i)d?=?0.8A??图3.4?时,不同直径散射体声压分布图??22??
【参考文献】:
期刊论文
[1]超声探伤技术在无损检测中的应用[J]. 高庆伟. 中国新技术新产品. 2016(10)
[2]有限元法在折叠纸盒强度分析中的应用[J]. 马永胜,陈华,尹生妹. 中国包装工业. 2015(14)
[3]面向再制造工程的无损检测方法与应用研究进展[J]. 丁立红,雷卫宁,钱海峰. 江苏技术师范学院学报. 2014(02)
[4]超声在具有不同结构表面缺陷材料中的传播特性研究[J]. 姚晓初,张子吟,徐晓东. 声学与电子工程. 2011(03)
[5]固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟[J]. 魏东,周正干. 航空学报. 2010(02)
[6]时域有限差分法在超声波声场特性分析中的应用[J]. 周正干,魏东. 机械工程学报. 2010(02)
[7]并行计算的一体化研究现状与发展趋势[J]. 陈国良,孙广中,徐云,龙柏. 科学通报. 2009(08)
[8]超声波在各向同性固体中传播的数值模拟[J]. 肖开丰,宋文爱. 计算机仿真. 2008(09)
[9]超声波技术应用现状[J]. 席细平,马重芳,王伟. 山西化工. 2007(01)
[10]高技术陶瓷:装备机械用材新境界[J]. 胡兴军. 现代技术陶瓷. 2006(04)
博士论文
[1]碳纤维复合材料超声检测若干关键技术研究[D]. 曾祥.浙江大学 2018
[2]基于表面阻抗的时域有限差分方法边界条件研究[D]. 毛云龙.哈尔滨工程大学 2018
硕士论文
[1]滚动轴承振动信号的特征提取方法研究[D]. 杨晓燕.兰州理工大学 2018
[2]基于有阻尼自由振动的超声波测距系统的设计[D]. 刘念.浙江工商大学 2017
[3]声场与金属中微结构的相互作用[D]. 孙莉.苏州大学 2016
[4]微结构对声传播特性的影响研究[D]. 胡嘉玲.苏州大学 2015
[5]基于微波和超声波的物质检测系统研究与实现[D]. 王健.北京工业大学 2014
[6]铝合金搅拌摩擦焊缝超声波检测仿真研究[D]. 董剑.吉林大学 2014
[7]电磁波斜射入等离子体介质的FDTD方法[D]. 张洋.西安电子科技大学 2014
[8]在线超声波管壁厚度测量技术研究[D]. 李国祥.河北联合大学 2014
[9]超声波在弹性固体介质中传播的FDTD仿真[D]. 杨晓晴.青岛大学 2013
[10]基于时间反转聚焦理论的管道超声导波检测技术研究[D]. 钟凯慧.暨南大学 2012
本文编号:2959635
【文章来源】:苏州大学江苏省
【文章页数】:73 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图2.1微小立方体内的应力分布图???=(又+?+也+?)'??
金属微缺陷结构的超声特征提取方法研宄??第三章微结构中散射体直径和排列方式??对超声波传播特性的研究??本章首先研宄单个散射体时的超声传播特性,处理分析单个散射体时的超声特??征。之后研宄两个散射体时的超声传播特性,与单个散射体的超声特征进行分析比较,??并依次改变散射体尺寸、排列方式等,研究不同散射体尺寸、排列方式与超声特征的??量化关系,得到可以用于判断散射体参数的超声特征提取方法。??本文主要对二维铝-水结构进行研宂,即以铝作为基质材料,而以水构成散射体,??仿真计算结构如图3.1所示。仿真采用边长为50mm的正方形铝板,根据第二章中所??述FDTD中解的稳定性条件,为保证计算结果的收敛性,选取空间步长为0.02mm,??时间步长则为2.22ns。以铝板中心为原点构建二维笛卡尔坐标系,选取入射声源为长??度为8mm的线性条状声源,声源中心位于x轴与铝板左侧边界的交点。而反射接收??器同样位于x轴上,距离声源中心1.6mm。而透射接收器则位于x轴与铝板右侧边界??的交点,两接收器分别占据一个网格。仿真时,由于材质中声速与温度有关,因此设??定仿真温度为25°C,那么此时,基质材料铝及散射体材料水中的声速分别为6325?m/s??和1500m/s[79]。那么当入射声波频率为1MHz时,铝板中波长即为6.325mm。数值??仿真时,在铝板外围设置完全匹配层,为令吸波特性达到最佳,其厚度设置为波长的??两倍[8°,8丨]。??允全匹配??反射接■?(■铝板????I?,?i?I??■.......:........土:、..........?...............|?透射接??声源一p?i?^?收器??
第三章微结构中散射体直径和排列方式对超声波传播特性的研究?金属微缺陷结构的超声特征提取方法研究???<-一―??中心散射体??图3.3铝板中微结构示意图??图3.4是计算过程30%时单个散射体取不同直径时的声压分布图。图中蓝色区域??的声压值小于红色区域,亮蓝色区域的声压值小于深蓝色区域。图(a)为铝板中没??有缺陷的对照组。发现对于不同尺寸的单个散射体结构,声压能量都主要集中在散射??体中。当中心散射体直径很小时,得到的声压图与没有散射体时的Ref声压图几乎没??有差别。随着散射体直径的增加,散射体蕴含的声压能量增加,同时散射体周围波纹??更加明显,即能量值也随之增加。??_?_?_??IH1??(b)d?=?0.1A?(e)d?=?0AA?(h)d?=?0.7A??■?B_??(c)d?=?0.2A?(f)d=0.5A?(i)d?=?0.8A??图3.4?时,不同直径散射体声压分布图??22??
【参考文献】:
期刊论文
[1]超声探伤技术在无损检测中的应用[J]. 高庆伟. 中国新技术新产品. 2016(10)
[2]有限元法在折叠纸盒强度分析中的应用[J]. 马永胜,陈华,尹生妹. 中国包装工业. 2015(14)
[3]面向再制造工程的无损检测方法与应用研究进展[J]. 丁立红,雷卫宁,钱海峰. 江苏技术师范学院学报. 2014(02)
[4]超声在具有不同结构表面缺陷材料中的传播特性研究[J]. 姚晓初,张子吟,徐晓东. 声学与电子工程. 2011(03)
[5]固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟[J]. 魏东,周正干. 航空学报. 2010(02)
[6]时域有限差分法在超声波声场特性分析中的应用[J]. 周正干,魏东. 机械工程学报. 2010(02)
[7]并行计算的一体化研究现状与发展趋势[J]. 陈国良,孙广中,徐云,龙柏. 科学通报. 2009(08)
[8]超声波在各向同性固体中传播的数值模拟[J]. 肖开丰,宋文爱. 计算机仿真. 2008(09)
[9]超声波技术应用现状[J]. 席细平,马重芳,王伟. 山西化工. 2007(01)
[10]高技术陶瓷:装备机械用材新境界[J]. 胡兴军. 现代技术陶瓷. 2006(04)
博士论文
[1]碳纤维复合材料超声检测若干关键技术研究[D]. 曾祥.浙江大学 2018
[2]基于表面阻抗的时域有限差分方法边界条件研究[D]. 毛云龙.哈尔滨工程大学 2018
硕士论文
[1]滚动轴承振动信号的特征提取方法研究[D]. 杨晓燕.兰州理工大学 2018
[2]基于有阻尼自由振动的超声波测距系统的设计[D]. 刘念.浙江工商大学 2017
[3]声场与金属中微结构的相互作用[D]. 孙莉.苏州大学 2016
[4]微结构对声传播特性的影响研究[D]. 胡嘉玲.苏州大学 2015
[5]基于微波和超声波的物质检测系统研究与实现[D]. 王健.北京工业大学 2014
[6]铝合金搅拌摩擦焊缝超声波检测仿真研究[D]. 董剑.吉林大学 2014
[7]电磁波斜射入等离子体介质的FDTD方法[D]. 张洋.西安电子科技大学 2014
[8]在线超声波管壁厚度测量技术研究[D]. 李国祥.河北联合大学 2014
[9]超声波在弹性固体介质中传播的FDTD仿真[D]. 杨晓晴.青岛大学 2013
[10]基于时间反转聚焦理论的管道超声导波检测技术研究[D]. 钟凯慧.暨南大学 2012
本文编号:2959635
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