[发明专利]一种基于时间-频率域评估板材中裂纹深度的方法

说明书

本申请公开一种基于时间‑频率域评估板材中裂纹深度的方法，通过采用待检板材相同材料制做样本板材，测得样本板材裂纹的透射兰姆波信号。对透射兰姆波信号进行时频分析得到时间‑频率域的频谱图。参照频散曲线及频散范围获得透射兰姆波信号中各个波包的波包能量，并计算对应的能量系数，将裂纹深度与对应的能量系数拟合得到裂纹深度‑能量系数拟合曲线。测量并计算待检板材的待检裂纹能量系数，根据裂纹深度‑能量系数拟合曲线确定待检板材裂纹深度。本申请提供的方法能够有效地识别波包模式，进而准确地评估出待检板材裂纹的深度。

技术领域

本申请涉及无损检测技术领域，具体的涉及一种基于时间-频率域评估板材中裂纹深度的方法。

背景技术

板材被广泛应用于生物医学、汽车工业、舰船制造及化学工业等领域，按厚度划分为薄板、中板、厚板、特厚板。裂纹是薄板的结构中常见的一种缺陷，需要有效评估出裂纹的深度，以便对薄板的板材质量做出评价。

为有效评估出薄板的裂纹深度，一般可以采用涡流检测法、目视法、渗透法以及超声波法对板材进行无损检测。其中，超声波法中的兰姆波检测法，具有灵敏度高、检测快速且高效的特点，而适用于薄板结构的大面积无损检测。

兰姆波在薄板中传播时会发生频散，在任何频率下，兰姆波都至少存在两种模式。兰姆波在薄板中传播遇到裂纹时，会发生散射和反射，同时还可能发生模式转换，各个模式中的波包会相互叠加干扰，导致检测信号的频率分量和波包幅值发生变化，采集检测信号并加以处理分析，即可得到裂纹深度信息。

现有裂纹深度的评估利用兰姆波的时间-幅值信息，通过数值仿真处理信号，采用时域信号波速法识别兰姆波模式。然而，波包的幅值并不能够全面准确的反映声波能量的大小，尤其是缺陷宽度改变时，兰姆波模式成份随着频厚积的增加而变得复杂，有的波包频散严重而与其它模式的波包发生混叠，信号经多次反射混叠极易导致接收信号的持续时间变长，进而使波包幅值变小，无法有效识别波包模式。

发明内容

本申请提供一种基于时间-频率域评估板材中裂纹深度的方法，以解决现有技术无法有效识别波包模式导致评估裂纹深度不准确的问题。

本申请提供一种基于时间-频率域评估板材中裂纹深度的方法，包括：

采用待检板材相同材料制做若干块含有裂纹的样本板材，若干块所示样本板材的裂纹深度均不同；

利用声波测量样本板材的裂纹，得到透射兰姆波信号，所述样本板材与待检板材材料相同，且不同样本板材的裂纹深度均不相同，所述透射兰姆波信号包含对称模式波包和反对称模式波包；

对所述透射兰姆波信号进行时频分析，得到时间-频率域的频谱图；

求解瑞利-兰姆方程确定兰姆波频散曲线，所述兰姆波频散曲线包括：兰姆波对称模式频散曲线和兰姆波反对称模式频散曲线；

将所述兰姆波频散曲线映射至时间-频率域，得到时间-频率域的对称模式频散曲线和时间-频率域的反对称模式频散曲线；

根据所述频谱图、时间-频率域的对称模式频散曲线和对称模式波包的频率范围，计算得到对称模式波包能量；

根据所述频谱图、时间-频率域的反对称模式频散曲线和反对称模式波包的频率范围，计算得到反对称模式波包能量；

根据所述对称模式波包能量计算得到裂纹深度对应的对称模式能量系数；

根据所述反对称模式波包能量计算得到裂纹深度对应的反对称模式能量系数；

将裂纹深度对应的对称模式能量系数和反对称模式能量系数与裂纹深度拟合，得到裂纹深度-能量系数拟合曲线；

测量并计算待检板材的待检裂纹能量系数；

将所述待检裂纹能量系数对应所述裂纹深度-能量系数拟合曲线，确定待检板材裂纹深度。