基于超声Lamb波的焊缝缺陷检测过程仿真及方法研究

发布时间：2021-11-19 13:01

　　常规超声波法在检测大型环直焊缝时存在着近表面盲区、检测效率低等问题。与常规超声波法不同,超声Lamb波衰减慢,传播距离长,从而克服常规超声波法需要逐点扫描的弊端,同时无需大面积清除和复原防腐漆面和防寒包覆层,极大的提高检测效率,并且使得检测费用大大降低。本文采用LS-DYNA对超声Lamb波在焊缝中的传播及与缺陷的作用过程进行了数值仿真。激励信号中心频率为0.5MHz,铝板厚度为4mm。首先,研究了焊缝截面形状变化对超声Lamb波传播过程的影响。当焊缝余高增加时,声场峰值能量先增加后减少,在焊缝余高1.2mm时达到最高。当余高达到2.0mm时,回波波包时域宽度变宽。当焊缝宽度增加时,声场峰值能量先增加后减少,在焊缝宽度15mm时达到最高,焊缝宽度不影响回波模态。其次,研究了铝板曲率对Lamb波传播过程的影响,发现曲率变化对Lamb波传播过程及回波信号影响较小。最后,利用布尔操作构造了不同位置的横向槽状缺陷、孔状缺陷,并采用A0和A1模态Lamb波对其检测过程进行了仿真研究。结果表明:A0模态入射的Lamb波与缺陷作用的回波幅值与缺陷尺寸线性相关,可用以表征缺陷尺寸。A1模态缺陷回波幅值... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的与意义
    1.2 超声Lamb波检测技术发展及研究现状
        1.2.1 超声Lamb波检测技术发展概况
        1.2.2 超声Lamb波数值模拟
        1.2.3 超声Lamb波实验研究
        1.2.4 超声Lamb波回波信号处理
    1.3 本课题主要研究内容
第2章 理论与实验研究准备
    2.1 超声Lamb波理论分析与激励角度的确定
        2.1.1 超声Lamb波基本理论及检测原理
        2.1.2 频散曲线的绘制
        2.1.3 激励角度的确定
    2.2 超声Lamb波检测数值仿真参数确定
        2.2.1 超声Lamb波检测数值仿真过程
        2.2.2 单元选择及材料参数
        2.2.3 网格划分及时间步的确定
        2.2.4 激励信号的选取
    2.3 超声Lamb波检测实验准备
第3章 Lamb波在铝合金焊缝中的传播特性研究
    3.1 引言
    3.2 检测模态的分析与选取
        3.2.1 模态选取的仿真研究
        3.2.2 模态选取的实验研究
    3.3 焊缝截面形状变化对Lamb波传播过程的影响
        3.3.1 焊缝余高变化对Lamb传播过程的影响
        3.3.2 焊缝宽度变化对Lamb波传播过程的影响
    3.4 板材曲率变化对Lamb波传播过程的影响
    3.5 超声Lamb波声场分布
    3.6 本章小结
第4章 超声Lamb波与焊缝缺陷作用研究
    4.1 超声Lamb波与横向槽状缺陷作用仿真研究
        4.1.1 A_0模态与横向槽状缺陷作用
        4.1.2 A_1模态与横向槽状缺陷作用
    4.2 超声Lamb波与孔状缺陷作用的仿真研究
        4.2.1 A_0模态与孔缺陷作用
        4.2.2 A_1模态与孔缺陷作用
    4.3 超声Lamb波与缺陷作用的实验研究
        4.3.1 A_0模态与缺陷作用的实验验证
        4.3.2 A_1模态与缺陷作用的实验验证
    4.4 探头频率对Lamb波回波信号影响的实验研究
    4.5 本章小结
第5章 超声Lamb波回波信号时频分析
    5.1 超声Lamb波回波信号时频分析
    5.2 STFT在Lamb波信号识别中的研究
    5.3 WT在Lamb波信号识别中的研究
    5.4 1.5 MHz探头下A_0、A_1模态回波信号时频分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超声Lamb波检测三维平板孔状缺陷的有限元模拟[J]. 袁培龙,周绍骑,李学新.  后勤工程学院学报. 2016(05)
[2]压力容器板材中氢致开裂缺陷超声Lamb波的仿真研究[J]. 杨齐,王杜,陈定岳,陈虎,项延训.  无损探伤. 2016(04)
[3]基于多通道时间反转Lamb波的铝板小缺陷检测[J]. 何存富,周文桢,刘增华,刘秀成,吴斌.  实验力学. 2015(06)
[4]基于STFT的金属板缺陷兰姆波检测信号模式识别[J]. 张宇,黄松岭,赵伟,王珅.  电测与仪表. 2015(04)
[5]Lamb波在对接焊缝中的传播特性及影响因素[J]. 吴斌,崔辰悦,张也弛,何存富.  应用基础与工程科学学报. 2014(04)
[6]超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究[J]. 郑阳,何存富,周进节,张也弛.  工程力学. 2013(08)
[7]Lamb波检测板中裂纹的有限元模拟[J]. 赵军辉,魏勤,袁媛,智达.  压电与声光. 2013(03)
[8]一种用于焊接结构超声成像检测的SH导波换能器[J]. 朱新杰,陈以方,韩赞东,都东.  焊接学报. 2013(02)
[9]Lamb波驱动器的最佳激励波形选择[J]. 魏勤,骆英,王自平,顾爱军.  压电与声光. 2011(06)
[10]地震信号去噪的最优小波基选取方法[J]. 张华,陈小宏,杨海燕.  石油地球物理勘探. 2011(01)

博士论文
[1]超声导波频散与多模态问题及其形态解卷积方法研究[D]. 李翔.电子科技大学 2013
[2]基于超声TOFD法的焊缝缺陷表征研究[D]. 迟大钊.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]超声Lamb波在焊缝中传播的数值仿真及实验研究[D]. 马石林.哈尔滨工业大学 2017
[2]钢轨轨底斜裂纹及焊缝的导波检测方法研究[D]. 盛华吉.南昌航空大学 2016
[3]基于Lamb波信号时频分析的铝合金结构损伤检测的研究[D]. 林宇.电子科技大学 2014
[4]Lamb波在板中缺陷检测的有限元模拟和实验研究[D]. 董彦磊.电子科技大学 2013
[5]不锈钢薄板激光焊接接头的Lamb波检测与仿真[D]. 刘强.哈尔滨工业大学 2012
[6]激光超声信号的处理与研究[D]. 和儒辉.南京航空航天大学 2012
[7]复杂薄壁结构钎焊接头超声信号特征与检测方法[D]. 刘磊.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：3505094