变厚度板状结构PPM EMATs设计与优化
发布时间：2020-12-30 03:29
由于变厚度波导的边界条件使得导波传播非常复杂,因此常用于等厚度波导的非频散导波模态难以取得理想的检测效果。为此,本学位论文将数值法和解析法相结合,开展PPM EMATs换能器结构优化设计,并基于优化后的换能器激发高频散SH1模态,实现对楔形板状结构缺陷的快速检测。首先,分析了板状结构EMATs导波收、发换能机理,推导了相应的多物理场耦合方程,探讨了选择SH1模态作为变厚度板检测模态的理论依据,基于楔形板中SH波的频散方程,讨论了楔形板中存在的绝热模态现象。其次,针对常规PPM EMATs用于变厚度波导检测时信噪比较低的问题,研究一种可改变线源旋转角和线源指向的新型换能器结构,并从远场响应方程推导、线圈参数优化和本体结构设计等方面对新型换能器结构进行建模和分析。再次,针对常规PPM EMATs难以收、发纯净SH1模态的问题,研究一种在板状结构件上下表面对称布置换能器,通过保证上下换能器的磁铁同向、电流反向来激励或接收纯净SH1波的双探头对称布置法,并从换能机理推导、单双探头激励效果对比等方面对新型换能...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景
1.3 国内外研究现状
1.3.1 变厚度波导缺陷检测技术
1.3.2 高频散导波检测技术
1.3.3 PPMEMATs优化设计
1.4 主要研究内容
1.5 本文结构安排
第2章 变厚度板缺陷检测基本理论
2.1 电磁超声的多场耦合机理
2.1.1 电磁超声基本换能机理
2.1.2 电磁超声基本换能过程
2.1.3 电磁超声多场耦合方程
2.2 、变厚度板检测模态选择
2.2.1 检测模态选择的理论依据
2.2.2 楔形板中SH波的频散方程
2.3 本章小结
第3章 PPMEMATs激发声场指向性优化研究
3.1 远场响应方程推导
m"> 3.1.1 单线源m的远场响应Rm
3.1.2 分布式线源的总远场响应R
3.2 仿真模型
3.3 仿真分析
3.3.1 内线圈宽度的影响
3.3.2 相邻线源间距的影响
3.3.3 线源旋转角的影响
3.4 换能器本体结构设计
3.5 实验验证
3.6 本章小结
第4章 PPMEMATs收发模态单一性优化研究
4.1 收发换能机理
4.1.1 双探头激发机理
4.1.2 双探头接收机理
4.2 仿真分析
4.2.1 单、双探头稳态磁场对比
4.2.2 单、双探头激励信号对比
4.2.3 上、下探头安装误差的影响
4.3 实验验证
4.4 本章小结
第5章 变厚度板缺陷检测
5.1 传播时间理论推导
5.2 仿真模型
5.2.1 仿真模型计算精度验证
5.2.2 楔形板中激发声场指向性验证
5.2.3 楔形板中收发模态单一性验证
5.3 仿真分析
5.3.1 缺陷位置的影响
5.3.2 缺陷尺寸的影响
5.3.3 楔形板倾斜角的影响
5.4 实验验证
5.5 本章小结
第6章 全文总结
参考文献
致谢
附录：攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化[J]. 孙斐然,孙振国,张文增,陈强. 机械工程学报. 2016(06)
[2]Excitation and Detection of Shear Horizontal Waves with Electromagnetic Acoustic Transducers for Nondestructive Testing of Plates[J]. MA Qingzeng,JIAO Jingpin,HU Ping,ZHONG Xi,WU Bin,HE Cunfu. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014(02)
[3]变壁厚薄壁筒体超声检测技术及自动检测系统[J]. 董晓丽,杨顺民,宋文爱,杨录. 无损检测. 2007(06)
[4]板材厚度变化对Lamb波透射系数的影响[J]. 景永刚,张海燕,刘镇清. 声学技术. 2006(01)
[5]台阶型厚度变化板中导波的研究[J]. 田光春,刘镇清,景永刚. 无损检测. 2003(07)
[6]超声板波法在变厚度板检测中的应用[J]. 尚世同,尚瑜娟. 无损检测. 1998(03)
博士论文
[1]电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究[D]. 孙鹏飞.华中科技大学 2015
[2]变厚度板超声导波检测理论与技术[D]. 李喜朋.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]激光在金属楔形板中激发超声导波传播规律的研究[D]. 王嘉宇.南京理工大学 2010
本文编号：2946896
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景
1.3 国内外研究现状
1.3.1 变厚度波导缺陷检测技术
1.3.2 高频散导波检测技术
1.3.3 PPMEMATs优化设计
1.4 主要研究内容
1.5 本文结构安排
第2章 变厚度板缺陷检测基本理论
2.1 电磁超声的多场耦合机理
2.1.1 电磁超声基本换能机理
2.1.2 电磁超声基本换能过程
2.1.3 电磁超声多场耦合方程
2.2 、变厚度板检测模态选择
2.2.1 检测模态选择的理论依据
2.2.2 楔形板中SH波的频散方程
2.3 本章小结
第3章 PPMEMATs激发声场指向性优化研究
3.1 远场响应方程推导
m"> 3.1.1 单线源m的远场响应Rm
3.2 仿真模型
3.3 仿真分析
3.3.1 内线圈宽度的影响
3.3.2 相邻线源间距的影响
3.3.3 线源旋转角的影响
3.4 换能器本体结构设计
3.5 实验验证
3.6 本章小结
第4章 PPMEMATs收发模态单一性优化研究
4.1 收发换能机理
4.1.1 双探头激发机理
4.1.2 双探头接收机理
4.2 仿真分析
4.2.1 单、双探头稳态磁场对比
4.2.2 单、双探头激励信号对比
4.2.3 上、下探头安装误差的影响
4.3 实验验证
4.4 本章小结
第5章 变厚度板缺陷检测
5.1 传播时间理论推导
5.2 仿真模型
5.2.1 仿真模型计算精度验证
5.2.2 楔形板中激发声场指向性验证
5.2.3 楔形板中收发模态单一性验证
5.3 仿真分析
5.3.1 缺陷位置的影响
5.3.2 缺陷尺寸的影响
5.3.3 楔形板倾斜角的影响
5.4 实验验证
5.5 本章小结
第6章 全文总结
参考文献
致谢
附录：攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化[J]. 孙斐然,孙振国,张文增,陈强. 机械工程学报. 2016(06)
[2]Excitation and Detection of Shear Horizontal Waves with Electromagnetic Acoustic Transducers for Nondestructive Testing of Plates[J]. MA Qingzeng,JIAO Jingpin,HU Ping,ZHONG Xi,WU Bin,HE Cunfu. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014(02)
[3]变壁厚薄壁筒体超声检测技术及自动检测系统[J]. 董晓丽,杨顺民,宋文爱,杨录. 无损检测. 2007(06)
[4]板材厚度变化对Lamb波透射系数的影响[J]. 景永刚,张海燕,刘镇清. 声学技术. 2006(01)
[5]台阶型厚度变化板中导波的研究[J]. 田光春,刘镇清,景永刚. 无损检测. 2003(07)
[6]超声板波法在变厚度板检测中的应用[J]. 尚世同,尚瑜娟. 无损检测. 1998(03)
博士论文
[1]电磁超声纵向模态导波管道检测机理与信号增强方法研究[D]. 孙鹏飞.华中科技大学 2015
[2]变厚度板超声导波检测理论与技术[D]. 李喜朋.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]激光在金属楔形板中激发超声导波传播规律的研究[D]. 王嘉宇.南京理工大学 2010
本文编号：2946896
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