[发明专利]一种水下闸门的非线性波检测方法

说明书

本发明公开了一种水下闸门的非线性波检测方法，先通过波速计算，确定兰姆波的群速度与频率板厚乘积的关系，然后进行耦合优化，减少兰姆波漏入水中的能量，增大兰姆波在闸门板中的能量，采用7个换能器激励波同时到达聚焦点，在聚焦点产生最大的散射波，提升信噪比，得到检测信号，在频谱中提取激励波的整数倍频成分，将倍频成分相加，作为该聚焦点的损伤程度，依次变换聚焦点，形成整个闸门的损伤图像；本发明将构造散射的线性波去除，仅采用损伤散射的非线性波检测闸门，使兰姆波能检测构造复杂的金属板，能在不影响闸门挡水的同时开展检测；能够实现闸门整体的损伤可视化，定量表征各点的损伤程度。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种水下闸门的非线性波检测方法。

背景技术

水工闸门是一种薄壁金属结构，容易受老化、冻融、腐蚀、空蚀发生破坏。在不影响挡水的情况下，定期对水工闸门开展无损检测，是保障工程安全、实现科学养护的关键，为此需要发展一种水下闸门的整体、快速、无损检测方法。

现行的水工闸门检测主要为涂层、腐蚀量检测，通过闸门的蚀余厚度结合应力计算，评估闸门安全。现行检测方法只能逐点检测，不能评估闸门整体的安全性，闸门安全存在隐患。特别对于高坝大库的深水闸门、跨度近百米的大跨闸门来说，结构失效风险更高，更需要整体检测方法。

目前成熟的整体检测方法有A扫、B扫、C扫。A扫针对板的一点激励、接收超声波，横坐标为时间，纵坐标为超声信号，可以检测板厚方向的缺陷；B扫针对板沿厚度方向的一个竖向截面，探头沿一条线运动，横坐标是探头的位移，纵坐标是板的厚度；C扫针对板固定深度的一个水平截面，如图13所示，探头在板表面移动，将特定深度的信号成像。可见，上述扫描过程需要移动探头，费时费力。

对于金属板而言，一种较为常用的整体检测方法为导波检测。当导波遭遇损伤时，会发生散射现象。通过采集、分析散射波，可以反向推求是否出现损伤、损伤的位置、损伤的大小等信息。导波检测的优点在于：检测时无需移动探头的位置，通过导波在板内的传播、散射、回传，可以实现大面积的整体探测。同时，当在金属板一侧有水时，导波方法依然具备良好的检测能力。

然而，闸门并非光滑的金属板，其表面常设有加劲、铆接等构造，由于构造也会引发导波的散射，构造散射可能淹没损伤散射，导致损伤无法识别。室内实验显示，仅采用损伤的线性散射波，只能检测出远离构造的损伤(此时损伤的线性散射未被构造散射淹没)，存在检测盲区，而现实中的损伤很可能发生在构造附近(如开孔处的疲劳裂纹)。因此，虽然兰姆波能较好的检测光滑的金属板，却难以应用于具有复杂构造的闸门检测。同时，闸门的常见损伤，如腐蚀、疲劳、螺栓松动等，难以通过线性散射波检测。

其实，损伤散射除去线性成分，还包括非线性成分。损伤的线性散射，其频率和构造散射波频率相同，而损伤的非线性散射，其频率为构造散射波的整数倍。通过时频分析，可以分离线性散射与非线性散射。由于非线性散射只可能来自于损伤，仅考虑非线性散射波，就可以探测、定位、量化损伤，能够避免构造线性散射波的干扰，使兰姆波能够应用于构造复杂的构件检测中，从而解决水下闸门整体无损检测的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种水下闸门的非线性波检测方法，能够实现闸门整体的损伤可视化，定量表征各点的损伤程度，不受闸门复杂构造的干扰，检测无盲区，提高检测的准确性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水下闸门的非线性波检测方法，包括以下步骤：

(1)波速计算

通过查阅工程资料、现场测量、结合监测资料反演，确定闸门面板的长、宽、厚、弹性模量、泊松比；求解兰姆波的波动方程：