兰姆波检测技术及HHT时频分析方法研究

发布时间：2016-12-22 21:24

  本文关键词：时频分析方法在智能结构损伤在线检测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

《大连理工大学》 2008年

兰姆波检测技术及HHT时频分析方法研究

曹正敏  

【摘要】： 板状材料广泛应用于航空、汽车等诸多工业领域中,Lamb波对于板材检测有着纵波和横波难以比拟的快捷、高效等特点,由于兰姆波理论及检测机理的复杂性,使得在实际检测过程中的模态选取、模态判别以及信号解释等方面还存在许多问题,大大限制了其在工业生产中的应用。 Lamb波频散曲线是进行兰姆波检测的重要依据,频散曲线绘制的简捷化和对检测信号的精确解释是Lamb波检测技术推广应用首先要解决的问题。本文在超声导波理论的指导下,对兰姆波频散曲线的绘制以及对检测信号的时频分析方法进行了研究。基于频散曲线实质上是频散方程实数解分布图的特点,对Lamb波频散方程的求解和频散曲线的绘制过程进行了简化,借助Matlab软件采用直接迭代的方法绘制了铝板中Lamb波的传播特性曲线,包括Lamb波频散曲线、Lamb波激发角曲线和波结构分布曲线。采用2.5MHz可变角探头在厚度为1.29mm的铝板上进行了实验研究,对群速度、相速度和激发角的理论计算值和实验值进行了比较分析,结果表明,两者结果吻合良好。针对Lamb波检测信号的非平稳特性,依据所绘制的Lamb波检测曲线,激发了单一模态(S_0)的Lamb波,对铝板上孔径分别为2.0mm、2.5mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm的通孔(人工缺陷)进行了检测,采用HHT时频分析方法对检测信号进行了分析与处理,对用EMD分解得到的IMF分量进行了信号重构,提取了重构信号的包络谱,精确确定了通孔缺陷波包的到达时间;通过Hilbert变换提取了瞬时频率、瞬时幅度等特征参量对不同孔径的Lamb检测信号进行了表征。结果表明,瞬时幅度峰值随着人工通孔孔径的增大呈线性递减,二者之间的线性相关系数R~2=0.97,瞬时幅度峰值很好地反应缺陷孔径大小的变化,检测信号的HHT时频分析方法为工程应用中兰姆波检测缺陷定位及定量分析提供了很好的借鉴。 最后,基于Matlab平台制作了兰姆波检测曲线绘制软件,将兰姆波的检测曲线集合在一个界面下,通过简单的人机交互(如输入板材的纵波、横波速度等参数)即可完成对兰姆波检测曲线的计算和绘制过程,实现了Lamb检测曲线的简捷绘制,为实际检测人员在现场进行实时绘制提供了可能。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG806
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-9

1 绪论9-17

1.1 研究的背景及意义9-11

1.2 研究现状11-13

1.3 Lamb波检测信号处理技术13-15

1.4 本研究的主要工作15-17

2 Lamb波理论概述17-27

2.1 Lamb波的概念17-22

2.1.1 Lamb波的激发17-20

2.1.2 Lamb波群速度和相速度20-21

2.1.3 Lamb波的频散现象21-22

2.2 Lamb波频散方程的建立22-27

3 Lamb波频散曲线的绘制27-37

3.1 Lamb波频散曲线的计算27-30

3.2 Lamb波激发角曲线的绘制30-31

3.3 Lamb波波结构曲线的绘制31-35

3.4 Lamb波频散曲线的实验验证35-37

4 Lamb波信号HHT时频分析方法研究37-52

4.1 Lamb波检测信号的HHT分析37-43

4.1.1 EMD分解37-42

4.1.2 Hilbert变换42-43

4.2 实验装置与样品43-44

4.3 实验方法44

4.4 实验结果44-52

5 Lamb波检测曲线绘制软件的设计52-61

5.1 Lamb波检测曲线绘制软件的功能及实现52-53

5.2 基于Matlab的Lamb波检测曲线绘制软件界面的制作53-61

结论61-62

参考文献62-68

攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69

致谢69-70

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本文编号：223918