[发明专利]一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法有效

专利信息
申请号: 201910416965.1 申请日: 2019-05-20
公开(公告)号: CN110108402B 公开(公告)日: 2021-08-06
发明(设计)人: 焦敬品;成全 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: G01L1/25 分类号: G01L1/25
代理公司: 北京思海天达知识产权代理有限公司 11203 代理人: 沈波
地址: 100124 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 金属薄板 应力 分布 测量 非线性 lamb 混频 方法
【权利要求书】:

1.一种基于非线性Lamb波混频技术的应力分布检测方法,其特征在于:

各向同性介质中,两频率分别为f1、f2的弹性波在特定条件下与非线性源相互作用会产生频率为fg的和频或差频波;发生以上混频非线性效应的特定条件称为谐振条件;

两A0波混频,Lamb波混频的谐振条件为

(Ksum)2=(K1)2+(K2)2+2K1K2cosα (1a)

(K2)2=(K1)2+(Ksum)2-2K1Ksumcosψ (1b)

式中,K1、K2为两基频Lamb波的波数,Ksum为和频Lamb波的波数;式(1a)、(1b)给出了两Lamb波相互作用产生和频Lamb波需要满足的谐振条件;其中,基频和和频Lamb波的波数分别为

式中,分别为两基频Lamb波的相速度,为和频Lamb波的相速度,以上相速度从Lamb波相速度频散曲线获得;

根据式(1a)、(1b),两Lamb波相互作用产生和频Lamb波时,其基频Lamb相互作用角α及混频波散射角ψ为

由式(3a)、(3b )可知,基频Lamb波相互作用角α及混频波散射角ψ与两基频Lamb波及混频波的频率、相速度均相关,据此获得两Lamb波发生混频非线性效应的谐振条件;

具体包括如下步骤:

1)在一个包含应力集中区域的薄板一侧的左右两端分别设置信号激发位置,在两激发探头所在检测路径的中间设置信号接收位置;

2)根据两A0波混频产生和频S0波的谐振条件,确定非线性超声混频检测中两激励信号的频率f1、f2,考虑两激励信号时长匹配的条件下,确定两信号周期N1、N2

3)为使两列不同频率超声波同时到达指定混合位置,根据超声波在试件中的传播速度以及传播路程,计算激励信号的时延;

4)按照上述选定的频率、周期和激励延时条件,同时激励两激励信号,在接收位置处接收信号a;

5)单一激励信号f1,在接收位置处接收信号b,单一激励信号f2,在接收位置处接收信号c,将两列接收信号进行线性叠加,生成叠加信号d=b+c;

6)将接收信号a与叠加信号d作差,得到差信号e,观察差信号是否存在完整波包,初步判断试件是否存在损伤;

7)对接收信号a、叠加信号d和差信号e进行傅里叶变化,提取和频信号对应频率处幅值;若与叠加信号d相比接收信号a和接收信号c存在新的波形,且在频域中和频位置处都出现新的频率成分,则可说明该检测条件可以实现对于试件某一位置的应力检测;

8)根据超声信号在试件中的传播路径,计算两探头激励信号时延差,使得激励信号在试件不同位置处相遇,在接收位置处接收一系列信号,提取不同位置差信号的和频幅值;

9)通过改变信号激励和接收位置,完成对整个试件的混频扫查;将在不同相遇位置处获取的和频差信号幅值,与该点所在位置相对应,绘制出被测试件的应力分布结果;

10)根据步骤9)的结果,选取特定阈值对各个位置是否应力集中进行判断;当某一位置的和频幅值大于该阈值时,认为此处存在应力集中;反之,则认为此处没有应力集中。

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