基于超声特征导波的损伤检测方法研究

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中文摘要：在航空、航天、桥梁、压力容器等装备中存在大量如焊缝、弯曲平板、加强筋、楔形等关键结构。这类结构在其生产、加工、服役过程中极易产生缺陷和损伤，影响整体装备的安全可靠运行，如果不及时发现，会造成人身安全问题和不可估量的经济损失。因此，开展对于这类关键结构的无损检测显得尤为重要。超声导波检测是一种应用范围较广、检测效率较高、成本较低的无损检测方法。近年来，学者们发现在关键结构中的超声导波的能量会集中在特征区域，如焊缝中的焊接接头、弯曲平板中的R区区域等，称为超声特征导波。超声特征导波有着导波检测范围大、检测效率高、可检测不可达区域等优点，对关键结构特征区域的损伤检测有着巨大的潜力。此外，非线性超声对材料微损伤敏感，可对关键结构中产生的早期损伤进行检测。本文基于超声特征导波，针对关键结构中的焊缝焊接接头和弯曲平板R区两种结构，进行了超声特征导波的宏观缺陷检测研究、超声特征导波的非线性响应研究以及非线性超声特征导波的微损伤检测研究。本文的主要内容包括: (1)分析了超声特征导波的产生机理和传播特性，得到焊缝和弯曲平板的频散曲线。结合非线性超声二次谐波理论，得到了产生具有累积效应的二次谐波的条件。总结分析非线性超声导波理论，为接下来的研究奠定理论基础。 (2)建立焊缝和弯曲平板的线性有限元模型，引入大小相同横向位置不同的宏观缺陷，用数值分析的方法分别研究了两种结构中相同波长的超声特征导波模态对缺陷横向位置的敏感性，并进行了实验验证。总结分析了线性超声特征导波的模态选择对缺陷检测的重要性。 (3)建立单边焊缝和弯曲平板的非线性有限元模型，基于单边焊缝和弯曲平板的频散曲线选择模态对，进行非线性特征导波的仿真研究，讨论总结了非线性超声特征导波二次谐波产生和传播规律。 (4)对超声特征导波的非线性响应进行实验验证，观察到实验中的能限效应，研究了单边焊缝中的非线性超声特征导波对材料早期损伤的检测，对引入不同程度微损伤的焊缝整体进行了非线性参数评估。分析和总结了特征结构微损伤对超声特征导波非线性的影响规律。

作者：

屈何升

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关键词：

工程装备结构损伤无损检测超声特征导波非线性响应能限效应

授予学位：

硕士

学科专业：

能源动力

导师：

李卫彬

学位年度：

2023

学位授予单位：

厦门大学

语种：

中文

中图分类号：