[发明专利]一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法

权利要求书

1.一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取金属板的相速度频散曲线和群速度频散曲线；

S2：根据所述相速度频散曲线和所述群速度频散曲线获取激励频率、特定模态的Lamb波以及所述特定模态的Lamb波的入射角作为模型参数；

S3：根据所述S2中特定模态的Lamb波推导相对非线性系数β′，所述相对非线性系数β′用于表征缺陷的深度；

S4：根据所述模型参数，建立非线性超声测试系统；

S5：根据S4中建立的非线性检测系统对金属板进行测试并判断所述相对非线性系数β′是否可靠，如果可靠，则利用相对非线性系数β′表征被测试金属板的缺陷；

所述S1包括以下步骤：

S101：根据Rayleigh-Lamb频率方程的对称和反对称模态，列出Lamb波的相速度c p和频率ω间的关系式：c p＝(ω/2π)λ，其中λ为波长；

S102：根据Lamb波的相速度和频率间的关系式，绘制相速度和群速度频散曲线；

所述S2中模型参数的获取包括以下步骤：

S201:根据Lamb波的相速度c p和频率ω间的关系式：c p＝(ω/2π)λ，其中λ为波长，获取Lamb的激励频率，所述激励频率ω＝(c p/λ)×2π；

S202：所述金属板为铝合金板，当频厚积为2.5MHz·mm时，Lamb模态选择A0和S0；

S203：根据所述相速度频散曲线，绘制铝合金板中Lamb的激发角曲线，根据所述Lamb波的激发角曲线，获取所述S0和A0模态的入射角为50；

所述S3包括以下步骤：

S301:根据应力σ与应变ε的一维方程、一维波动方程推导非线性波动方程，所述非线性波动方程为其中，ρ是材料密度，u是位移，x是传播距离，E是杨氏模量，β是非线性系数；t为中间变量；

S302：将所述非线性波动方程和初始位移u 0＝A 1cos(kx-ωt)进行整合，得到非线性系数其中，A1为基波幅值，A2为二次谐波幅值，k为波数；

S303：引入尺度变换系数γ，获得相对非线性系数

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，所述非线性超声测试系统包括，型号为RAM-5000-SNAP的非线性高能超声测试系统，激励探头和接收探头；

所述非线性高能超声测试系统的发射端与所述激励探头连接，所述激励探头用于发射特定模态的Lamb波到检测的铝合金板；

所述接收探头用于接收所述被检测铝合金板传递的Lamb，并将信号传输到所述非线性高能超声测试系统的接收端。

3.根据权利要求2所述的一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，所述非线性高能超声测试系统的发射端与所述激励探头之间还设置有低通滤波器，所述接收探头与所述非线性高能超声测试系统之间还设置有高通滤波器。

4.根据权利要求3所述的一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，所述S5包括以下步骤：

S501：由非线性高能超声系统产生发射信号，所述发射信号经过低通滤波后传输到激励探头；

S502：所述激励探头根据所述模型参数发射超声信号到被检测的铝合金板；

S503：分别接收所述被检测的铝合金板传递的基波和二次谐波信号，其中基波信号不经处理直接回到所述非线性高能超声系统的接收端，二次谐波信号经滤高通滤波、信号放大后再回到非线性高能超声系统的接收端，分析所述基波信号和二次谐波信号；

S504：判断所述相对非线性系数β′是否可靠，如果可靠，则利用相对非线性系数β′表征被测试铝合金板的缺陷。

5.根据权利要求4所述的一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，所述非线性高能超声测试系统采用的激励信号为正弦脉冲串，中心频率为2.5MHz。

6.根据权利要求5所述的一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，所述激励信号采用Hanning-汉宁窗口调节。

7.根据权利要求1所述的一种基于非线性Lamb波的金属板微缺陷检测方法，其特征在于，所述S1中获取的相速度和群速度频散曲线采用Matlab数值方法绘制。