超聲導波傳播的半解析有限元分析.pdf

1、半解析有限元法(SAFE)可以用于求解結(jié)構(gòu)材質(zhì)復雜的介質(zhì)中導波的傳播特性。SAFE假設導波以簡諧波的方式沿著波導介質(zhì)傳播，這樣只需要沿著波導截面進行有限元網(wǎng)格的劃分，在傳播方向上用簡諧表達式表示波的傳播，從而比有限元方法具有更高的計算速度。因為在描述截面時采用有限元法，對于任何截面形狀的波導介質(zhì)，SAFE方法都可以通過將其截面劃分成若干有限單元的方法進行模擬，從而獲得比傳統(tǒng)解析法更廣泛的應用。采用半解析有限元法分析鋼軌中導波傳播的特性對

2、鋼軌檢測中換能器的設計和實際檢測有很好的指導意義。
　　本文介紹了國內(nèi)外超聲導波檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀，比較了有限元法和半解析有限元法的研究和應用。首先介紹了導波的相關基礎知識，以各向同性自由鋁板為例詳細說明了半解析有限元法分析導波傳播特性的原理，繪制了鋁板中Lamb波的相速度、群速度頻散曲線，并通過實驗測得鋁板中傳播的蘭姆波信號，采用二維傅里葉變換做信號提取和分析后對蘭姆波進行了模態(tài)分析與識別。對比理論分析與實驗結(jié)果，證實了半解析有

3、限元法在分析導波傳播特性中的有效性。其次，利用Lamb波檢測鈦合金板中不同大小的刻槽和圓孔缺陷。通過半解析有限元法獲得檢測所用模態(tài)，用可變角探頭同時激勵和接收導波，最后根據(jù)示波器顯示的回波特點來判斷缺陷的大小和位置，實驗證明不同類型的缺陷對導波的反射情況不同。最后，本文將半解析有限元法應用到鋼軌導波的分析中。以1.5m長50kg/m鋼軌為研究對象，利用夾心式低頻壓電換能器在鋼軌中激發(fā)導波，通過半功率法計算鋼軌阻尼因子，結(jié)合半解析有限元法