超声纵波在缺陷固体中散射的数值模拟及可视化装置研究

发布时间：2017-07-29 05:05

  本文关键词：超声纵波在缺陷固体中散射的数值模拟及可视化装置研究

  更多相关文章： 超声波散射 有限元仿真 动态光弹法 声光延时 光弹图像

【摘要】：超声波无损检测技术广泛应用于铁路、石油化工、机械制造、航空航天和医学领域,而超声波是一种不可见的波,其在固体内的传播规律主要靠换能器在固体表面接收到的回波信号来推断,因此实现超声波传播的可视化,并用来研究超声波的传播和散射规律,可以为超声波无损检测技术的应用提供实验依据。本文首先利用ANSYS软件对超声纵波在不同缺陷模型中的传播和散射行为进行了有限元仿真,然后设计动态光弹实验装置获得超声纵波在同尺寸、同缺陷的透明固体中的传播图像,并与仿真结果基本一致,从而为有限元仿真研究超声波在不透明、复杂缺陷固体中的传播规律提供实验依据。在可视化实验部分,本文成功设计了由超声发射模块、声光延时模块、脉冲放大模块和光路系统模块组成的动态光弹实验装置。利用超声发射模块获得超声纵波的同步信号,通过Verilog语言编程控制声光延时模块实现同步信号延时,进而触发脉冲放大模块产生大电流、窄脉宽的矩形波信号,用以驱动光路系统模块中的LED光源,最终使超声纵波传播过程中引起的应力大小的变化转变成光强的变化,并在光弹图像上以明暗条纹的形式表现出来。并将获得的光弹图像与仿真结果进行对比研究,通过分析超声纵波传播和散射过程中出现的波型转换、爬波、掠入射和尖角散射现象,发现仿真结果与实验结果基本一致。本文同时也对未来研究做了展望,未来可以配合图像处理技术对超声波的传播和散射进行更加深入的定量研究。
【关键词】：超声波散射 有限元仿真 动态光弹法 声光延时 光弹图像
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.285
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 超声波传播特性的数值方法研究现状10-12
• 1.3 超声波传播特性的实验方法研究现状12-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 2 超声波在固体中传播理论16-23
• 2.1 超声波在无限大固体中的传播理论16-17
• 2.2 超声波在有缺陷固体中的散射理论17-18
• 2.3 超声纵波在界面处的传播特性18-23
• 3 超声波在固体中传播的数值模拟分析23-32
• 3.1 ANSYS进行超声波传播有限元仿真的参数设定23-26
• 3.2 无缺陷固体中的有限元仿真26-27
• 3.3 圆孔缺陷固体中的有限元仿真27-30
• 3.4 深槽缺陷固体中的有限元仿真30-32
• 4 动态光弹法理论及实验装置设计32-47
• 4.1 动态光弹法原理32-37
• 4.2 动态光弹实验装置设计37-47
• 5 超声脉冲纵波的动态光弹实验47-55
• 5.1 样品选材及样品中声速的测定47-48
• 5.2 无缺陷样品中的动态光弹实验48-50
• 5.3 圆孔缺陷样品中的动态光弹实验50-52
• 5.4 深槽缺陷样品中的动态光弹实验52-55
• 6 结论与展望55-57
• 6.1 全文总结55-56
• 6.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-61

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本文编号：587538