結(jié)構(gòu)缺陷檢測中的Lamb波時反特性研究.pdf

1、由于超聲Lamb波傳播衰減小、檢測范圍廣、對板類結(jié)構(gòu)中的裂紋等小損傷敏感,且在無損檢測技術(shù)測領(lǐng)域應(yīng)用時間長、技術(shù)較為成熟,因此被廣泛地應(yīng)用于板類結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測中。利用損傷散射信號的結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測、定位以及辨識技術(shù)是現(xiàn)階段Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究的重點(diǎn),而且Lamb波傳播存在著頻散和多模特性,同時待測結(jié)構(gòu)往往較為復(fù)雜,尤其是復(fù)合材料結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特性及損傷機(jī)理分析困難,大大限制了其在工程中的應(yīng)用。本文以板結(jié)構(gòu)為研究對象,對Lamb波傳播特性和

2、時間反轉(zhuǎn)方法特點(diǎn)進(jìn)行了分析,利用有限元仿真的方法對結(jié)構(gòu)缺陷檢測中的Lamb波時反特性進(jìn)行了研究。本文主要研究工作包括以下幾方面:
　　首先,本文介紹了Lamb波頻散方程的理論分析過程以及Lamb波的檢測原理;重點(diǎn)分析了Lamb波傳播的頻散特性和多模式特性。在Lamb波傳播特性分析基礎(chǔ)上,對時間反轉(zhuǎn)法的基本原理以及Lamb波時間反轉(zhuǎn)聚集過程作出了理論分析。通過對這些問題的分析來深入理解Lamb波時間反轉(zhuǎn)的特性,提出了時間反轉(zhuǎn)聚焦性能

3、評價指標(biāo)。
　　其次,運(yùn)用有限元分析軟件ABAQUS建立了用于研究Lamb波傳播特性的有限元模型,對板結(jié)構(gòu)中Lamb波的傳播特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究,驗(yàn)證了建立模型過程中采用的理論及相關(guān)參數(shù)設(shè)置的正確性。通過數(shù)值仿真直觀形象地反映 Lamb波在板材中傳播的不同狀況,有助于辨識直達(dá)波、損傷反射波和邊界反射波等。理論分析了時間反轉(zhuǎn)法提取損傷散射信號的過程,提出了基于時間反轉(zhuǎn)法的無基準(zhǔn) Lamb波損傷監(jiān)測方法,并且根據(jù)時反聚焦響應(yīng)信號中各波

4、包的相互位置關(guān)系和出現(xiàn)時刻,應(yīng)用相應(yīng)的時頻分析方法提取與損傷相關(guān)的信息進(jìn)行損傷定位,通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了這種方法能夠在無基準(zhǔn)的條件之下進(jìn)行損傷的定位。
　　最后,利用時間反轉(zhuǎn)法對結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號進(jìn)行了時反重構(gòu),分別研究了各向同性鋁板和各向異性的復(fù)合材料層合板的結(jié)構(gòu)缺陷檢測中Lamb波時間反轉(zhuǎn)特性,并利用所提出的時間反轉(zhuǎn)聚焦性能評價指標(biāo)分析了Lamb波在缺陷板檢測中的聚焦性能。結(jié)果表明該方法能夠判別結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷程度的辨識