超声导波在弯曲圆杆中的传播特性及裂纹检测应用

发布时间：2017-08-08 03:11

  本文关键词：超声导波在弯曲圆杆中的传播特性及裂纹检测应用

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【摘要】：与传统的超声检测方法相比,导波以一处激发、长距离传播,具有检测范围大的突出特点为超声检测人员所关注。目前,国内外有关直圆管和圆杆的导波检测研究较多,实际工程中常遇到弯曲的圆杆或圆管。了解此类圆杆中的导波传播特性对于导波在缺陷上的散射对检测此类材料和工件具有重要的指导意义。本文在弹性波理论指导下采用有限元数值模拟和实验测试相结合的方法,开展弯曲圆杆中导波的传播特性及裂纹检测应用研究。首先,应用有限元软件软件ABAQUS建立了弯曲圆杆的数值模型,基于圆杆导波频散曲线和波结构特点激发出L(0,1)模态导波。通过回波时域波形和波场快照可以看出,L(0,1)模态导波经过弯头时发生模态转换产生了F(1,1)模态导波。其次,基于ABAQUS软件建立的弯曲圆杆三维有限元模型,研究相同折弯角度时,不同折弯半径下以及相同折弯半径时,不同折弯角度下的导波的传播特性。在以上基础上,针对弯曲圆杆中的缺陷的导波检测进行数值仿真模拟,从周向缺陷、深度缺陷、轴向缺陷以及刻槽状缺陷四个方面进行频散特性及传播特性的研究,获得了缺陷相应尺寸与相对幅度的关系曲线,为缺陷的定量定位提供了基础。最后,开展了30°、60°、90°弯曲圆杆的超声导波检测实验研究,采用中心频率为100k Hz的纵向模态L(0,1)导波作为检测信号。随着弯曲圆杆折弯角度的增大,弯头回波也增大,且随着弯曲圆杆人工深度缺陷的增大,反射回波也增大。数值模拟与实验检测的结果相符,这对定量评价深度缺陷提供了方法及依据。
【关键词】：弯曲圆杆 超声导波 有限元仿真 纵向模态
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.285
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 选题的依据、目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 超声导波无损检测实验研究现状9-11
• 1.2.2 超声导波检测的数值仿真模拟研究现状11
• 1.3 本文研究的主要内容11-13
• 第二章 超声导波理论基础13-22
• 2.1 超声导波发展历史13
• 2.2 超声导波的基本概念13-14
• 2.3 群速度和相速度14-15
• 2.4 超声导波在自由圆杆中的传播特性15-17
• 2.5 超声导波的频散、波结构及多模态17-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第三章 超声导波数值仿真模拟方法22-37
• 3.1 引言22-23
• 3.2 动力学中的有限元理论及ABAQUS简介23-26
• 3.2.1 动力学中的有限元理论23-24
• 3.2.2 有限元思想及算法24-25
• 3.2.3 ABAQUS软件简介25-26
• 3.3 有限元模型的建立26-31
• 3.4 导波的激励方法31-34
• 3.4.1 纵向轴对称模态的激励接收31-34
• 3.5 模型的加载方式和边界条件34-35
• 3.6 本章小结35-37
• 第四章 弯曲圆杆导波检测数值模拟37-55
• 4.1 弯曲圆杆L(0,1)模态导波传播的数值模拟37-40
• 4.2 相同折弯角度时，不同折弯半径下导波的传播40-42
• 4.3 相同的折弯半径时，，不同折弯角度下对导波的传播42-44
• 4.4 L(0,1)模态导波检测弯曲圆杆缺陷的模拟44-54
• 4.4.1 周向腐蚀型缺陷对超声导波传播特性的影响46-47
• 4.4.2 深度腐蚀型缺陷对超声导波传播特性的影响47-49
• 4.4.3 轴向腐蚀型缺陷对超声导波传播特性的影响49-51
• 4.4.4 刻槽状缺陷对超声导波传播特性的影响51-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 弯曲圆杆缺陷的导波检测实验55-64
• 5.1 概述55
• 5.2 实验系统55-57
• 5.3 纵向模态导波实验检测和数值模拟对比57-63
• 5.3.1 刻槽状缺陷弯曲圆杆数值模拟58-60
• 5.3.2 刻槽状缺陷弯曲圆杆实验研究60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结和展望64-67
• 6.1 论文总结64-65
• 6.2 研究展望65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 何存富,吴斌,范晋伟;超声柱面导波技术及其应用研究进展[J];力学进展;2001年02期

2 岳向红,刘明贵,李祺;锚杆检测技术研究进展[J];土工基础;2005年03期

本文编号：637957