基于非線性聲學的鋁材疲勞裂紋檢測方法研究與實驗.pdf

1、金屬疲勞是金屬結構失效的主要原因。由于鋁合金板材廣泛應用于飛機以及航空航天器材的結構當中，一旦失效，必然會造成巨大的損失，甚至是人員傷亡。本文以非線性聲學原理為基礎，將光學領域引申而來的聲學時間反轉法應用到聲波信號的處理中，對鋁合金板材中疲勞裂紋的特性進行了細致的研究。
　　對固體介質中非線性超聲波動方程進行了分析，證明了可以通過固體非線性系數(shù)來表征金屬材料的疲勞程度。分析了時間反轉技術的原理，對時間反轉法的理論表達式進行了推導，

2、介紹了時間反轉法在疲勞裂紋檢測中的應用。
　　構建了一個以圓形壓電傳感器(PZT)為核心的疲勞裂紋檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由任意波形發(fā)生器、信號發(fā)射PZT、待測2024航空鋁合金板、信號接收PZT、數(shù)字存儲示波器、激光測振儀和計算機數(shù)據(jù)采集、分析軟件組成。選取50kHz到1MHz之間的頻率進行實驗，含有疲勞裂紋的樣板中有二次諧波出現(xiàn)，但二次諧波的幅度較小，表明用非線性系數(shù)來表征介質損傷程度并不理想。
　　利用時間反轉原理的優(yōu)越性可提

3、高信噪比和自適應聚焦，可有效解決超聲波在介質傳播中衰減的問題。通過對鋁合金板材自聚焦特性的研究，確定猝發(fā)蘭姆波為時間反轉過程的激勵波型。通過對鋁合金板材進行單陣元與多陣元聲波時間反轉的自聚焦實驗研究，證明時間反轉法可提高聲波信號的信噪比，并產(chǎn)生良好的聚焦增益。此外，對含有不同疲勞裂紋的鋁合金板材進行聲波自聚焦實驗，證明鋁板中疲勞裂紋的大小對聲波自聚焦的峰值幅度影響不大，當鋁板中出現(xiàn)宏觀裂紋時，時域波形聚焦峰值區(qū)域出現(xiàn)等幅方波，在其相對應