基于混频非线性超声的TP321不锈钢蠕变损伤检测

本文提出了基于混频非线性超声的TP321不锈钢蠕变损伤检测方法,设计搭建了混频非线性超声检测系统,开展了TP321不锈钢试样的蠕变损伤检测试验。试验结果表明:混频非线性超声方法可以有效地检测TP321不锈钢的蠕变损伤,可以利用混频非线性指数对蠕变损伤程度进行表征量化,该指数随着蠕变损伤程度的增加而增大,这主要是由蠕变孔洞的增长以及晶界析出物的增多导致。

高温管道热损伤共线混频非线性超声检测方法

面向电厂安全运行需要,开展了高温管道热损伤共线混频非线性超声检测方法研究。通过扫频实验,确定了显著混频效应的激励条件,并对4个不同热损伤程度的Super304H管材进行非线性超声检测实验。对检测信号进行双谱分析,研究和频分量的双谱值在相位区间的分布,确定了热损伤引起的非线性响应在相位区间上的分布范围。结果表明,依次提取的非线性声学系数与试件的热损伤程度呈现很好的相关性,可用于管道热损伤的表征。研究工作为电厂高温管道热损伤检测提供了可行方案。

基于混频非线性超声的金属压力管道早期疲劳损伤检测

压力管道在服役过程中由于受载荷波动等因素的影响容易产生疲劳损伤,疲劳损伤的累积会导致管道失效。本文针对金属压力管道早期疲劳损伤的检测问题开展研究,提出了基于混频非线性超声的疲劳损伤检测方法,设计了混频非线性超声检测装置,开展了304不锈钢试样的疲劳损伤检测实验,建立了疲劳损伤程度与混频非线性指数之间的联系。在此基础上,开展了304不锈钢管道疲劳损伤的在线检测实验,结果表明,在疲劳加载过程中管道应力集中部位的混频非线性指数的增长速度明显高于其他部位,证实了混频非线性超声检测方法可用于金属压力管道早期疲劳损伤的检测与评估。

全光学非线性混频技术用于微裂纹检测的实验研究

采用全光学方法检测声波与开合裂纹相互作用后的非线性混频效应,达到检测裂纹位置的目的.激发光与加热光经过声光调制器后分别被调制为高频fH(几十kHz)激发光和低频fL(几Hz)加热光.裂纹会在低频加热光辐照下周期性开合,激发光激发出频率为fH的声波与裂纹相互作用后产生非线性混频信号(fH±fL),由测振仪或光偏转装置接收声信号并送至锁相放大器.实验中辐照在样品上的激发光、加热光和检测光光斑始终重合.随着三束光源逐步靠近裂纹中心,混频信号幅值逐渐增大.当增大到最大值后(三束光源达到裂纹中心区域),混频信号幅值开始逐渐减小(三束光源逐渐远离裂纹区域)最终趋于平缓,此时混频信号消失.光学激发的激发光可以聚焦到很小(约几十微米),所以其具有较高的空间分辨率.研究结果表明,利用非线性光声混频效应来检测裂纹的方法对实际的闭合裂纹的检测灵敏度远高于传统的线性激光超声裂纹检测方法,可为裂纹的光声无损检测提供新的解决思路和技术.

基于非线性Lamb波混频模式的复合材料低速冲击损伤研究

针对复合材料中由于低速冲击产生的不可见损伤,建立了混频检测有限元模型,以预测不同冲击能量下复合材料的超声非线性混频响应。采用落锤冲击实验和RAM-5000 SNAP非线性超声检测实验系统研究非线性混频Lamb波与不同冲击能量冲击损伤的复合材料的相互作用关系,并对有限元模型进行对比验证。探讨了混频Lamb波检测冲击损伤的可行性,以及不同冲击能量对混频Lamb波和频非线性系数的影响。研究结果表明:混频Lamb波可用于检测冲击损伤,其和频幅值及和频非线性系数随着冲击能量的增大而增大,和频非线性系数可以有效评估复合材料板受到的冲击损伤情况。

微裂纹检测与定位的非线性超声仿真分析

金属浅表层的微裂纹直接影响金属的性能和使用寿命,非线性超声检测方法对于浅表层微缺陷检测有较好的效果。本文针对钢材浅表层微缺陷检测和定位问题,通过有限元仿真的方式研究裂纹检测与定位的非线性超声规律。在有限元仿真软件COMSOL Multiphsics中建立包含表层裂纹的二维混频表面波检测模型,研究超声波与钢材表层裂纹引起的非线性效应,总结缺陷尺寸与边频信号振幅的变化关系,采用基于时频分析的异侧混频激励方案研究裂纹的定位。仿真结果表明,当金属表面存在裂纹时,检测点接收的回波信号中将出现和频及差频信号;边频信号的信号强度随着裂纹宽度增大而增强,随着检测距离的增大而衰减,随着裂纹深度增加呈现先增后减趋势;通过时频分析实现了表面裂纹的定位。采用激励频率分别为0.5 MHz和0.8MHz、基频幅值均为10^(-5)m的超声信号能够满足浅表面裂纹检测需求,实现浅表面深度为0.2~2 mm、宽度为5~30μm的裂纹检测,定位准确率为88%。研究结果为钢材浅表层微缺陷的非线性混频超声检测和定位提供了参考依据。

光声非线性混频裂纹检测技术试验

基于光声非线性混频产生机制,研究了从空间上分离激发光源与加热光源来产生非线性混频信号的方法。通过研究相应的非线性旁瓣信号幅值随激光源位置的变化,探讨两光源在声学和热学上对非线性混频信号的贡献。试验时,保持一束激光位于裂纹处,移动另一束激光在裂纹附近扫查,研究非线性混频信号幅值随移动光源位置的变化。试验结果显示,扫查激光与裂纹在一定距离(约6倍激光光斑直径)范围内时,有非线性混频现象产生;进一步将加热光源辐照于裂纹处,移动激发光源到不能产生混频信号的区域,通过补偿加热光源功率依旧无法产生非线性混频信号。这一现象说明,在光声非线性混频产生机制的基础上,需进一步考虑激发光源的高频声波以及激发源激发超声的振幅变化,这两个因素在非线性混频信号产生中的作用。

光热调制的基础温度对光声非线性声信号特性的影响

传统的激光超声无损检测技术已能够实现对宽度为亚毫米量级裂纹的非接触式无损检测,但其对更小的裂纹并不敏感。而非线性激光超声检测技术可实现对微裂纹的无损检测。其中,基于热调制的光声非线性混频技术一直广受学者关注。通过搭建光声非线性混频试验平台,研究光声非线性信号特征与激发源和泵浦源功率之间的关系,讨论了基础温度对非线性现象的影响,研究了基础位移对裂纹非线性机制转变的影响,可为进一步研究光声非线性混频中微裂纹的接触机制提供参考,也为利用光声非线性方法半定量、定量表征裂纹提供了理论依据。

基于共线异向混频技术的不可见疲劳裂纹定位

为了对金属构件中不可见疲劳裂纹进行有效的检测和定位,通过共线异向混频技术对金属构件内部不可见疲劳裂纹进行研究。当两列共线异向超声波在金属构件内相遇时,会与疲劳损伤发生非线性相互作用。研究结果表明,随着试件疲劳裂纹长度的增加,混频非线性系数单调递增,这与材料内部微观结构的变化密切相关。此外,通过控制两激励信号的延迟时间,使两列激励信号的相遇位置沿试件的水平方向由左向右移动,利用和/差频信号幅值最大值所对应的延迟时间对不可见疲劳裂纹进行定位。可见,利用共线异向混频技术可以对金属构件内部的不可见疲劳裂纹进行有效的检测和定位。

双基推进剂燃烧火焰温度CARS测定技术

得到了双基推进剂燃烧火焰CARS实验谱图及相应的温度拟合值。实测结果表明,燃烧火焰平衡区的CARS实验拟合温度数值与相应的热力学计算温度值基本吻合,连续采集的CARS谱显现的温度梯度说明CARS技术可以应用于推进剂燃烧火焰温度的实时诊断。

微裂纹不同接触状态下的光声非线性

基于光声非线性混频方法检测微裂纹时,非线性声信号特性受裂纹接触状态的影响,而裂纹的接触状态受其初始宽度、壁面形貌、调制强度等因素的影响,导致检测过程中声波与微裂纹相互作用的非线性机制发生变化。因此,建立了光声非线性混频微裂纹检测的二维物理模型,利用罚函数法实现裂纹壁间的接触约束。将本模型的实验结果与现有实验结果进行对比分析,验证了本模型的适用性;研究了不同接触状态下的声信号特性,进而分析了非线性机制受裂纹接触状态变化的影响,为研究微裂纹的光声非线性检测提供了理论参考。

Signal-Pressure Curves of Cascaded Four-Wave Mixing in Gas-Filled Capillary by fs Pulses

The theoretical framework for the cascaded four waves mixing (CFWM) in gas-filled capillary by fs pulses is constructed. Based on the theoretical framework, the signal-pressure curves (SPC) of the CFWM in gas-filled capillary by fs pulses are calculated. With a comparison between the theoretical and experimental SPC we have discussed the influence of the walk-off and Phase modulation on the SPC. At the same time, we have discussed the possible origin of the first three peaks of the SPC.

大口径超薄晶体的面形畸变分析和低应力新型夹持方法探索

针对惯性约束聚激光装置终端光学系统中使用的大口径超薄晶体的面形畸变,探索了一种低应力新型夹持方法——四周回形全紧固夹持法。从谐波转换模型和晶体准直两方面进行了分析,表明晶体面形畸变将降低三倍频效率和导致准直光斑弥散,并提出了晶体面形总畸变小于5μm和晶体装夹畸变小于加工畸变的两项控制目标。再根据力学模型,设计了四周回形全紧固夹持法的精密装配结构,并对该结构进行了精密加工控制和有限元分析,以及实验验证。验证结果表明,利用低应力新型夹持方法,晶体装配后的总面形畸变小于5μm,说明该方法能够满足晶体的面形畸变控制目标。