基于有限元方法的超声波仿真研究

针对超声波传播的瞬态问题,提出了一种基于多物理场耦合仿真方法。分别对超声波在流体、各向同性材料、各向异性材料中传播的问题以及压电材料作为声源的问题进行了仿真,并与理论结果进行了对比,结果表明该方法能够较好的仿真超声波传播的问题;在各向异性材料中,不同传播方向的波速不同,某一传播方向纵波速度高,则该方向横波传播速度低,反之亦然;压电材料作为声源时,激励电信号频率与压电材料谐振频率相同或接近时,产生的超声波杂波较少,因此激励电信号频率的选择应该以压电材料的谐振频率为参考。

固体火箭发动机壳体/绝热层界面缺陷的声-超声检测

为了对固体火箭发动机钢壳体/绝热层界面缺陷进行有效检测,基于HSD4超声波发射/接收卡,构建了声-超声实验系统。对具有圆底孔和脱粘缺陷的钢壳体/绝热层试件进行了检测,检测信号分别采用了权振铃应力波因子方法和驻波共振模型进行分析。实验实现了对缺陷的有效检出,并可对圆底孔缺陷大小作定性评估和脱粘缺陷的定位。实验结果表明,声-超声实验系统对界面缺陷的检测是有效的。

短时傅里叶变换声-超声检测信号缺陷识别

针对粘接结构的声-超声检测信号,提出用短时傅里叶变换的方法对缺陷进行识别。该方法依据短时傅里叶变换特性,合理选择窗函数及其宽度,并根据时频特征值对识别结果进行体现。结果表明:试件中缺陷的存在与否对时频特性影响较大,而相同性质缺陷的检测信号时频特性相近;脱粘缺陷信号具有相对较好的频率分辨率,而孔洞缺陷信号具有较好的时间分辨率。该方法对声-超声检测信号进行缺陷识别是有效、可行的。

薄板钢结构超声检测Lamb波激励与模态分析

运用超声Lamb波对薄板钢结构进行检测,采用斜入射方式实施Lamb波的激励,并对检测信号进行模态分析。经实验发现选择合适的频率/入射角组合可实现对Lamb波模态的选择和控制,实现对检测对象的检测策略,并具有一定的工程应用价值。

兰姆波频率方程的数值解法

针对兰姆波频率方程求解问题,提出了以兰姆波相速度为自变量,用函数间断点划分求解区间的数值计算求解方法。通过Matlab软件对算法进行编程实现,绘制出了兰姆波在铝板和钢板中传播时的频散曲线,取得了理想的结果。该方法对兰姆波的工程应用有实际指导意义。

固体火箭发动机多层结构壳体的导波频散特性分析

应用全局矩阵法,推导了多层结构壳体的导波频散方程,并分别针对固体火箭发动机四种不同层数的壳体导波频散曲线进行了求解,发现当结构层数和第一层厚度增加时,各模式曲线的间隔缩小,曲线数目增加,并有向零频方向靠拢的趋势。同时研究了粘接质量变化对频散特征的影响,随着胶层质量相对变差,频散曲线总体向左漂移。

固体火箭发动机结构粘接质量的声-超声检测

采用声-超声方法对复合材料壳体/绝热层试件进行了检测。试验采用自适应滤波法实现了对检测信号的降噪处理。采用小波变换实现了对信号的多分辨率分析。根据不同频带上信号的能量占比,提取了信号的特征频带。对特征频带信号采用能量积分应力波因子可检出孔洞缺陷并定性分析缺陷大小。试验验证了声-超声方法对固体火箭发动机结构粘接质量检测的有效性。

基于功率谱形心SWF的SRM复合材料壳体脱粘缺陷识别方法

针对SRM复合材料粘接结构间隙型脱粘和紧贴型脱粘的识别问题,运用声-超声的方法进行检测,在综合分析不同脱粘类型时域和频域波形的基础上,提出采用功率谱形心SWF表征脱粘类型。实验结果表明,功率谱形心SWF能有效地对两种脱粘类型进行识别。

复合材料干耦合声学检测技术的发展与应用

针对复合材料干耦合检测问题,综合分析了干压力耦合法、声阻法、局部敲击法、空气耦合超声检测法和定距发送接收法五种声学干耦合检测技术。分别阐述了它们的基本原理,分析了各种技术的特点、局限和适用对象,最后对复合材料干耦合技术发展趋势进行了展望。

“三明治”结构强度弱化的反射特性研究

针对铝-胶层-铝结构强度弱化的超声检测问题,采用改进全局矩阵法推导了多层粘接结构中超声传播方程,通过降低胶层的剪切波波速来模拟粘接强度弱化,对不同频率、不同入射角情况下超声纵波入射"三明治"结构时的反射系数与粘接强度的关系进行了仿真计算。仿真结果为:超声纵波以0.5MHz入射,在入射角为65°～73°区域内进行扫描检测,通过角度分辨的方式对强度弱化区域进行定位。第一层与胶层之间的界面出现强度弱化时,检测条件为0.5MHz、65.9°的超声纵波;胶层与第三层之间的界面出现强度弱化时,检测条件为1.0MHz、62.9°的超声纵波。结果表明:在特定的频率和入射角进行组合情况下,采用超声纵波斜入射方法可实现对粘接结构界面的强度弱化区域的定位和粘接强度的定量检测。

基于经验模态分解的粘接结构缺陷定量检测

针对固体火箭发动机壳体/绝热层界面缺陷进行超声定量检测问题,本文提出采用经验模态分解(EMD)对信号进行降噪处理。通过对信号进行EMD处理,求得各阶本征模态函数(IMF)。通过分析各阶IMF分量的时域信号、频域信号与原始信号的相关性,提出将IMF3分量作为缺陷定量的特征信号,采用峰值引力波因子(SWF)作为特征量来评价特征信号,通过比较SWF数值大小实现了粘接结构脱粘缺陷的定量检测。

基于X射线胶片的固体火箭发动机断面图像重建

固体火箭发动机切向X射线实际检测结果是稀疏视角型和截断型数据,其检测胶片只能显示二维重叠影像信息,显示结果不直观。在滤波反投影算法的基础上,提出了根据X射线胶片信息进行固体火箭发动机断面局部感兴趣区域(ROI)图像重建方法。仿真计算表明,在有限角度切向照相情况下,该方法对固体火箭发动机切向缺陷,特别是脱粘缺陷的断面图像重建有效。

粘接结构超声波C扫描检测的三维图像重构

基于虚拟仪器技术构建了超声波检测系统,该系统依据模块化的思想进行设计,可同时实现A、C扫描功能。利用该系统对固体火箭发动机粘接结构进行扫描检测,并对粘接结构的体数据进行采集、存储和阈值分割。在此基础上研究了基于体素的三维重构算法。重构后的三维图像比较直观,能够较真实地反映粘接结构内部的缺陷情况。

横波检测粘接界面层多孔隙缺陷的数值分析

建立了粘接界面层多孔隙缺陷微观结构的界面数理模型,推导了横波(SH波)在“三明治”结构传播的频散方程,对最低模式的SH波在带有多孔隙缺陷界面的双层板粘接结构的传播特性进行数值计算分析。结果表明,粘接界面层的厚度及其孔隙缺陷尺寸对导波的频散曲线有明显的影响,这可为粘接界面无损检测提供了新的方法和思路。

兰姆波频散方程的分析及数值迭代算法

根据兰姆波运动规律的时间简谐波因子与频散曲线的物理特性,用数值迭代法在实数域内求解频散方程。给出了铝板中兰姆波相速度和群速度的解。研究表明:该法可较易获得频散曲线,无需方程分段求解,具一定的参考价值。

定距发射/接收干耦合检测探头设计与实验研究

针对固体火箭发动机（SRM）壳体复合材料在加工、存储过程中可能出现脱黏等缺陷的问题,提出了一种干耦合检测方法;并进行了实验验证.基于探头的声匹配理论,针对复合材料表面无法使用耦合剂及由此产生的超声波能量损失过大的问题,提出了采用超声变幅杆实现声匹配及能量集中功能的方法;基于探头的电匹配理论,针对探头与超声波发射/接收装置之间能量转化效率低的问题,设计了探头的匹配电路.对预制有三个不同直径缺陷的复合材料壳体通过不同的角度进行了检测实验,并将匹配后探头和未匹配探头的检测结果进行了对比.结果表明该方法能够较好的对复合材料的缺陷进行识别,经过电匹配后的探头可将检测灵敏度提高2～3倍.

基于扩展BVD模型的压电换能器电匹配研究

针对提高无损检测压电换能器灵敏度问题,提出了一种电阻抗匹配网络的设计方法。首先通过压电换能器电导纳实验曲线建立压电超声换能器的BVD模型等效电路。根据压电换能器电导纳的实验值对所建立的等效电路进行参数识别,确定等效电路各元件的值;并对参数识别的结果进行理论验证。同时与实验结果进行比对,吻合较好,表明该参数识别的方法可信度较高。在建立等效电路的基础上,采用Smith圆图,基于电匹配理论,设计压电换能器匹配电路;并对匹配后的压电换能器进行理论分析和实验验证。结果表明该匹配电路可将压电换能器的灵敏度提高约三倍。

固体火箭发动机多层结构壳体的导波频散特性分析

利用导波对固体火箭发动机的多层结构壳体进行检测是一种很有前景的无损检测方法。本文应用全局矩阵法,推导了多层结构壳体的导波频散方程,并分别针对固体火箭发动机4种不同层数的壳体导波频散曲线进行了求解,发现当结构层数和第一层厚度增加时,各模式曲线的间隔缩小,曲线数目增加,并有向零频方向靠拢的趋势。同时研究了粘接质量变化对频散特征的影响,随着胶层质量相对变差,频散曲线总体向低频漂移。

复合材料粘接结构弱粘接试件的制备方法

针对复合材料粘接结构强度弱化检测方法研究中的弱粘接试件制备问题,通过改变胶层的固化温度来制备试件。首先制备了铝—铝粘接试件,剪切强度拉伸实验表明:其剪切强度随固化温度的降低而减小。在相同胶粘剂、固化温度条件下,制作了复合材料—橡胶粘接试件,剥离强度拉伸实验表明:其剥离强度随固化温度的降低而降低。研究表明,铝—铝粘接试件的剪切强度随温度变化规律可作为复合材料粘接试件制备工艺的参考指导,通过改变固化温度可以实现对复合材料粘接结构弱粘接试件的制备。

结构参数对模态方法检测脱粘缺陷的影响研究

本文以含脱粘的金属/复合材料粘接结构为对象,研究在结构含脱粘缺陷情况下,复合材料厚度对固有频率、振型和柔度矩阵的影响。结果表明,随着厚度的增大,固有频率、脱粘区域的振型和柔度矩阵的变化率都呈现出先增大后减小的趋势,在厚度为5mm附近有最大值;柔度矩阵检测不同复合材料厚度下小面积脱粘是可行的。论文研究结果可为下一步运用模态方法对喷管的脱粘缺陷进行实验检测提供相应的理论指导。