含裂纹砂浆试件的非共线混频超声试验研究

为研究非线性超声非共线混频检测方法,证实2列入射基频波散射出混频波的可行性,基于混频测试理论,组建了测试系统,并讨论了最适合测试系统的激励幅值;在此基础上,针对含不同长度和不同角度预制裂纹的砂浆试件,进行了非共线混频法的检测试验,分析了超声非线性系数与裂纹长度和角度的关系.研究表明:非共线混频检测中的最佳激励幅值为100 V;随着裂纹长度和角度的增大,混频法非线性系数逐渐增大,且混频振幅也有类似趋势;为了验证非共线混频法的可靠性,将非共线混频法与高次谐波法的试验结果进行对比,得到了非共线混频法非线性系数对裂纹长度和角度的变化更敏感、相关趋势更显著的规律,证实了非共线混频法可用于混凝土等非均质材料的损伤检测.

微裂纹扩展的非共线超声混频定位研究

金属结构在早期服役过程中易出现微小裂纹,对早期微小裂纹扩展方向的检测与跟踪对避免结构失效而导致的突发性灾难具有重要的现实意义。基于非共线超声混频方法,开展金属材料微裂纹扩展的定位与表征研究。研究中选择两列横波相互作用产生混频纵波的非共线混频模式,通过实验测量验证了其混频效应和信号的传播性。选用铝合金7075-T6中预制的垂直和倾斜微裂纹为研究对象,提取每个测量点的超声混频非线性参数并进行归一化处理绘制成扫查成像图,从而表征微裂纹的长度与扩展方向。最后,将扫查成像图与光学显微镜的金相观察结果进行对比分析。研究表明,超声混频方法能够有效定位和跟踪铝合金材料中不同扩展方向的微裂纹,可为金属结构中微裂纹扩展提供检测方法。

结构中微裂纹与超声波的混频非线性作用数值仿真研究

针对结构中微裂纹检测难题,本文对结构中微裂纹与超声波的混频非线性作用进行了数值仿真研究。基于经典非线性理论,得到了两列超声纵波相互作用产生混频效应的理论条件。通过有限元仿真,研究了两列纵波与微裂纹相互作用产生混频的条件,并分析了界面处静应力、摩擦系数和裂纹方向对混频效应的影响。研究发现,超声波与微裂纹相互作用产生混频非线性效应的发生条件仍符合经典非线性理论下的混频产生条件。裂纹界面处施加的静应力对差频横波幅值有明显影响;当施加静应力与无裂纹模型得到的最大应力值接近时,混频非线性效应最强;裂纹界面的摩擦系数对超声波的混频非线性效应影响较小;透射差频横波传播方向与经典非线性理论预测的理论差频分量方向基本一致,且几乎不受裂纹方向变化的影响,而反射差频横波的传播方向随裂纹方向的改变而有所不同。本文研究工作为微裂纹检出及方向识别做了有益探索。