Lamb波检测法及其在风机叶片结构健康监测中的应用

叶片是风力发电机最为关键的部件之一,由于其所处自然环境相对恶劣,服役工况复杂,导致其易出现各种形式的损伤,且损伤后维护更换的费用高昂。为解决这一问题,提高风机叶片耐久性的最好方法是应用各种结构健康监测技术对叶片的状态进行实时监测。Lamb波检测方法以其独有的特性和优点,在风机叶片的结构健康监测研究中得到广泛应用。综述了Lamb波检测方法的基本原理及其在风机叶片结构健康监测中的应用概况,并探讨了今后需要关注的问题。

缝类缺陷的Lamb波检测

在ST12冷轧板上用线切割加工出不同深度的狭缝来模拟钢板中的缝类缺陷,采用一发一收方式,对缺陷进行Lamb波检测。利用短时傅里叶变换对有无缺陷时采集的时域信号进行了时频分析,有效识别出板中激发的Lamb波模式;将时间中心和频率中心作为数字参量,探讨了缝类缺陷对Lamb波的影响。结果表明,Lamb波信号时间中心的变化与缝类缺陷深度有较好的对应关系。

Lamb波检测板中裂纹的有限元模拟

运用有限元法建立Lamb波在板中传播的二维模型,模拟压电晶片双面同相和双面异相激励以获得单一模式Lamb波。针对板中裂纹的Lamb波检测分别从裂纹深度和取向两方面进行研究,系统分析对称与反对称模式Lamb波与不同形态裂纹间的相互作用,为裂纹缺陷定量分析提供了一些有用的依据。数值模拟结果表明,铝板中传播的Lamb波与裂纹缺陷相互作用并发生波型转换,散射能量分配发生变化;对于基态Lamb波,对称模态S0比反对称模态A0对板中裂纹识别能力强。

不锈钢内衬背侧缺陷Lamb波检测技术

根据Lamb波波动特性的Rayleigh-Lamb方程,推导出了316LMod不锈钢薄板相速度和群速度的频散曲线,为导波模式的识别和参数的选择奠定了基础。并通过对人工缺陷导波模式进行二维傅立叶变换,提取出背侧裂纹缺陷的主要Lamb模式,进而确定了8 mm厚316LMod不锈钢背侧裂纹的导波检测参数。最后通过含人工缺陷试块,绘制出了8 mm厚316LMod不锈钢背侧裂纹缺陷当量评定图,从而实现了对背侧裂纹缺陷的Lamb检测的定量评价。并通过尿素合成塔检测实例验证了该方法的有效性。

尿素合成塔内衬316LMod不锈钢薄板背侧缺陷的Lamb波检测

根据Rayleigh-Lamb方程,推导出尿素合成塔内衬316LMod不锈钢薄板相速度和群速度的频散曲线。通过对包含人工缺陷的试块回波信号进行二维傅里叶变换,提取出了背侧裂纹缺陷的主要Lamb波模式,进而确定了Lamb波检测参数。通过对试块的缺陷识别,绘制出了缺陷当量评定图,实现了对背侧裂纹缺陷的Lamb检测的定量评定。最后通过尿素合成塔检测实例验证了该方法的有效性。

序贯概率比检验在非线性Lamb波检测中的应用

为研究序贯概率比检验在Lamb波非线性检测中的应用,搭建非线性Lamb波检测系统,该系统用于检测3 mm厚的具有不同疲劳拉伸程度的铝合金板以获取二次谐波信号。将序贯概率比检验用于Lamb波非线性检测中,利用序贯概率比检验算法对收集的3种不同疲劳损伤程度的二次谐波进行分类和识别。结果表明,序贯概率比检验对不同疲劳损伤程度的二次谐波信号能有效分类。

基于波结构的Lamb波单一模态激励仿真

在中长距Lamb波检测中,研究单一模态与缺陷的作用极为重要。利用有限元分析软件ANSYS的APDL进行模块程序设计,按模态波结构的方式在有限元模型上进行位移加载,得到了单一的S0和A0模态,证明了这种加载方式的正确性和可靠性;对比分析了按激励信号带宽范围内复合频率合成波结构加载和按中心频率点波结构加载得到的波形。结果表明,在波结构变化不大的频段内,通常在频厚积<2 MHz·mm范围内,可以用中心频率点的波结构来代替带宽范围内合成的波结构进行加载。

基于Lamb波递归量化分析的复合材料裂纹损伤定征研究

以谐波激励下的不同损伤引起的结构非线性特性为基础,利用递归量化分析对复合材料的基体微裂纹损伤进行量化检测。以不同外载条件下产生的不同裂纹损伤的复合材料层合板为试验对象,对靠近损伤区域的路径中的Lamb波信号进行了递归图的分析绘制,在此基础上采用递归量化指数对各路信号包含的损伤信息进行了定量表征;为了达到对损伤统一表征的目的,以特征向量间的欧式距离作为损伤状态相对于无损状态的偏离程度,建立了统一损伤指数。分析结果表明该研究提出的统一损伤指数对复合材料基体微裂纹损伤具有较好的敏感性,并随损伤程度增加成良好的线性递增趋势,其为复合材料的基体微裂纹损伤定征提供了一个有效可行的方法与手段。

铝板中Lamb波模式识别方法

介绍利用波速法、二维Fourier变换法和平滑伪Wigner-Ville分布三种方法,对铝板中因频散而产生的多种Lamb波模式进行识别。试验用5 MHz纵波斜入射,分别在厚度为0.82和1.32 mm的铝板中激发出单一模式和多模式Lamb波。结果表明,波速法适合识别单一模式,二维Fourier变换和平滑伪Wigner-Ville分布均可有效识别出多模式Lamb波,并且后者能提供不同模式在时域内的位置信息。实际中二维Fourier变换方法适用于机械自动扫描,平滑伪Wigner-Ville分布则适用于对实时性要求不高的场合。

Lamb波在薄铝板无损评价中的模态识别与应用

在厚度为0．7mm的铝板上制作直径为Ф0．6～1．8mm的通孔，以模拟薄铝板中的孔洞类缺陷。利用Matlab软件绘制了Lamb波的频散曲线和质点位移一幅度曲线。根据频散曲线和质点位移一幅度曲线，选择S0模态的Lamb波。试验结果表明，S0模态Lamb波的信号峰值与缺陷大小具有良好的对应关系。

基于Lamb波群速度修正的复合材料结构损伤定位

复合材料结构在制造和服役过程中易产生不可见损伤,会降低结构强度,影响设备安全性能。基于超声Lamb波的结构健康检测方法可有效地实现对结构损伤的识别。然而,由于受到检测系统复杂的幅值调制作用,接收信号将发生频谱能量分布偏移。在定位检测过程中,群速度的选择以激励信号的中心频率为准,当激励信号的频谱受到较强幅值调制时,此时用于定位的群速度值将不再准确。在幅值调制特性的研究基础上,通过仿真和试验方法,探究了幅值调制对信号频谱能量分布的影响;进而提出了基于频谱偏移的群速度修正方法,并将此方法用于改进的延时叠加算法中以提高损伤定位精度。试验以T300/3231碳纤维复合材料板为对象,对比了群速度修正前后的损伤成像结果。结果显示,经过群速度修正后的定位精度优于未经过修正的结果,验证了群速度修正方法的有效性。

基于几种超声压电晶片阵列的金属板缺陷成像

结合椭圆定位方法,分别采用了线型、十字型和时钟型超声压电晶片阵列对金属薄板中缺陷进行成像识别。根据Lamb波在薄板中的传播分析,选取激励信号及其参数,构建超声信号检测模型。依据椭圆轨迹原理进行成像,判断薄板中有无缺陷存在。通过压电陶瓷晶片加载脉冲激励信号,分别对三种情况进行数据处理并成像。结果证明十字型和时钟型阵列能有效地对缺陷成像,并避免了成像过程中的虚像。