[发明专利]薄板早期损伤的Lamb波共轴同向混频检测方法

说明书

本发明公开一种混频Lamb波检测方法，属于无损检测领域。运用非线性超声检测技术对材料的早期损伤定量识别和定位，具有强烈工程需求。共轴同向混频技术可避免测量系统产生的同频率谐波噪声信号的干扰，可不移动超声波探头扫描试样内部。本发明采用Lamb共轴同向混频技术检测和定位薄板中的早期损伤。在相同位置先后激发S0模式和A0模式的Lamb波，其时间间隔由扫描位置确定；当两种Lamb波的频率满足特定条件时，薄板中早期损伤将激发混合波。该混合波为A0模式Lamb波，频率为两基波频率之差，且传播方向与两基波相反。同时，可依据混合波信息来评价薄板早期损伤区域损伤程度、定位损伤位置和损伤范围。该方法为薄板早期损伤的检测和定位提供了一种可行的途径。

技术领域

本发明为一种混频Lamb波检测方法，特别在于在相同位置先后激发S0模式和A0模式的Lamb波，当两种Lamb波的频率满足一定条件将激发混合共振波，能对材料的早期损伤进行定量识别和定位，属于无损检测领域。

背景技术

燃料存储罐、压力容器、机翼等结构属于板壳结构。板壳结构在服役过程中不可避免因内部因素(板内部能量交替传递)和外部因素(外部载荷、温度变化、腐蚀)而逐渐出现材料性能退化，承载能力下降，损伤出现，损伤累积到一定程度迅速发展导致灾难性事故。因此，及时预测、定位材料性能变化和损伤对确保设备正常运行和人们生命财产安全至关重要。

超声波检测相比其他传统检测手段拥有安全无辐射、无污染、无附加损伤、检测时间短等优点。超声波检测分为线性超声波和非线性超声波。非线性超声波优于线性超声波，其能检测到几何尺寸小于超声波波长的微观结构变化，更早预测材料性能退化。现广受关注的非线性超声波检测技术有高阶谐波技术、次谐波技术、混频响应技术和非线性超声共振谱技术，以及混频共振技术。

与其他非线性检测技术相比，混频共振技术具有定位损伤位置和损伤范围优势。混频共振技术通过改变混频位置来定位损伤，通过分析混频信号可以判断损伤尺寸。Chen等在《mixing of collinear plane wave pulses in elastic solids with quadraticnonlinearity》中理论和试验分析了共轴混合波产生的条件。赵友选等《experiment andFEM study of one-way mixing of elastic waves with quadratic nonlinearity》模拟和试验研究了同向混频中近似满足共振条件的频率偏差。刘等在《measuring acousticnonlinearity parameter using collinear wave mixing》中提出了用共线混合波法测量超声非线性。唐等在《detecting localized plastic strain by a scanning collinearwave mixing method》中利用共线混合扫描法来定位塑性变形。现有的混频检测都是基于体波，Lamb波混频检测研究极少。

Lamb超声波因频散导致板中存在多模态，目前研究多集中于高模态。然而，低模态如(S0和A0)相比其他模态具有更高能量，传播距离更远，检测范围更广，胡宁等在《generation mechanism of nonlinear ultrasonic lamb waves in thin plates withrandomly distributed micro-cracks》中利用低频S0模态Lamb波研究随机裂纹对lamb波非线性的影响。

因此，本专利发明一种基于Lamb波同向共轴混频法对板中早期损伤进行定位和检测。本专利可避免测量系统产生的同频率谐波噪声信号的干扰，可实现不移动超声波探头进行试样内部扫描。

发明内容