基于非線性超聲的鋁合金薄板疲勞程度檢測.pdf

1、基于非線性超聲的鋁合金薄板基于非線性超聲的鋁合金薄板疲勞程度檢測疲勞程度檢測TheFatigueTestofAluminumAlloySheetBasedonNonlinearUltrasonic領(lǐng)域：儀器儀表工程作者姓名：張博林指導(dǎo)教師：李一博副教授企業(yè)導(dǎo)師：天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一四年十二月摘要鋁合金薄板在受到外部加載或使用環(huán)境的變化影響的時候，會導(dǎo)致金屬內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化，這種變化久而久之會引起材料疲勞，然后形成裂紋，

2、不及時處理會造成金屬失效甚至發(fā)生嚴(yán)重破損事故。若能在金屬失效最開始階段對金屬疲勞程度作出準(zhǔn)確檢測將會最大程度的降低損失。相對于傳統(tǒng)超聲檢測方法只能檢測宏觀缺陷的不足，非線性超聲檢測方法具有測量分辨率高、對材料疲勞程度敏感的特點。超聲Lamb波因其信號信息豐富、探測能力強(qiáng)、傳播距離長等特點，使其非常適合進(jìn)行基于非線性超聲技術(shù)的鋁合金薄板疲勞程度檢測。本文首先詳細(xì)闡述了Lamb波的傳播模式以及頻散特性，用MATLAB數(shù)值方法畫出了已知橫波與

3、縱波波速時的鋁合金板材相速度頻散曲線和群速度頻散曲線；然后研究了一維非線性波動理論模型并對Lamb波的非線性效應(yīng)進(jìn)行了理論分析，進(jìn)而推導(dǎo)出了產(chǎn)生明顯Lamb波非線性效應(yīng)的必要條件；過程中引入了STFT時頻分析方法用來判斷接收信號中的Lamb波模態(tài)。本文分別對發(fā)射信號的調(diào)節(jié)、濾波器的使用、二次諧波的提取算法、探頭的頻率響應(yīng)、耦合劑的選用標(biāo)準(zhǔn)、實驗系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整等影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵因素進(jìn)行了詳細(xì)的實驗研究。本文的主要結(jié)論有：選擇適當(dāng)?shù)幕lL

4、amb波，使其相速度與某一二倍頻Lamb波模式的相速度相等或近似相等才能產(chǎn)生明顯的非線性效應(yīng)。通過調(diào)整發(fā)射探頭與接收探頭的角度，可以激發(fā)并接收到特定模態(tài)的Lamb波。利用超外差相敏檢波技術(shù)計算濾波后的二次諧波幅值作為A2，濾波前的基頻幅值作為A1，對同一個點測量多次，求擬合后的直線的斜率作為其真實非線性系數(shù)，這種方法的可信度最高；相比黃油和醫(yī)用超聲耦合劑，用甘油做耦合劑的實驗重復(fù)性最好。在宏觀損傷檢測方面，基于線性掃差技術(shù)的Lamb波超