基于模式转换的超声导波检测成像研究
飞机机翼、船体等壳形结构，不可避免存在固有缺陷，又长期工作于特殊环境中，经常受到气流压力和海水腐蚀等作用，会发生不可恢复的疲劳和断裂等现象，这些缺陷会影响整个结构的正常使用和工作寿命。为了保障结构的安全运行，对壳形结构中的缺陷进行检测具有重要意义。 X射线检测，磁粉检测和涡流检测等传统无损检测技术，具有检测速度慢、时间长、检测区域受限、灵敏度不高等特点。而超声导波检测技术可以快速检测大面积板壳结构中的微小损伤，不仅速度快、时间短，且检测有效面积大、灵敏度高。 本课题从实验分析与有限元仿真模拟两方面，对板材结构中缺陷进行超声导波检测成像研究。首先介绍选题意义和实用价值，阐述超声导波检测技术的国内外研究现状和发展趋势。然后推导三维自由板结构中导波的本构方程，分析导波的对称模态和反对称模态的传播特征及频散现象，研究匹配跟踪算法MP(Matching Pursuit)、模式转换和椭圆定位成像理论，为实验分析和有限元模拟中导波检测和缺陷成像提供了理论依据。 搭建实验平台，在板材表面粘贴压电晶片PZT(piezoelectric ceramic transducer)阵列，用来激励并接收信号，对板材中缺陷进行检测并采集导波信号，基于模式转换理论和匹配跟踪算法对导波信号进行信号处理，提取损伤信号特征值并进行缺陷定位成像。基于有限元仿真模拟软件ABAQUS，建立三维实体板结构模型，并对板材中缺陷检测进行研究,分析缺陷特征对导波信号及声场能量分布的影响，并把模拟结果与实验结果相比较，验证有限元法的可靠性。 本课题还采用传统互相关性算法提取损伤值，进行定位及成像研究，结果与MP算法结果相对比，发现互相关性算法的结果误差较大，而MP算法定位精确度高、误差较小，而且算法不依赖健康信号，其损伤值完全来源于损伤信号。课题还进行了复合板材的超声导波检测成像研究。研究结果可为板形结构中缺陷的超声导波检测成像研究提供一定的参考价值。
超声导波;匹配跟踪算法;模式转换;有限元模拟;缺陷定位成像
江苏科技大学
硕士
物理电子学
魏勤
2016
中文
TP274.53
82
2017-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）