[发明专利]一种用于金属圆管微损伤评价的非线性扭转模态超声导波方法

摘要

本发明公开了一种用于金属圆管微损伤评价的非线性扭转模态超声导波方法，通过激励换能器在圆管中激励出单一的扭转模态超声导波，扭转模态导波在圆管中传播时，与圆管的微损伤相互作用产生具有累积效应的三次谐波，通过接收换能器，接收基频信号和由于管道微损伤而产生的三次谐波。获取基频信号的幅值A1和三次谐波幅值A3，计算等效三阶非线性声参量γ'，实现对圆管结构微损伤的非线性超声导波评价。本发明采用的非线性扭转模态导波在频散曲线上任一点都具有三次谐波累积效应，克服了非线性纵向模态导波只在频散曲线某些点上具有累积效应的限制。实现了对圆管构件/材料的损伤状态进行有效的检测和评价，且检测速度快、检测成本低、检测准确度高。

主权项

1.一种用于金属圆管微损伤评价的非线性扭转模态超声导波方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据待测金属圆管试件的物理参数和几何参数，计算出扭转模态的相速度频散曲线；S2、根据所得的相速度频散曲线，选择相应的基频扭转模态和激发频率；S3、将激励超声换能器以及三次谐波接收换能器与金属圆管试件的外表面耦合，所述激励超声换能器选用磁滞伸缩超声换能器或压电超声换能器；S4、由基频信号发生系统产生一个基频信号,采用该基频信号激励所述激励超声换能器在未损伤金属圆管试件中产生基频扭转模态导波,该导波在所述金属圆管试件中传播并在其内部产生扭转模态三次谐波,然后通过所述的三次谐波接收换能器接收在所述的基频扭转模态超声导波和扭转模态导波三次谐波信号，通过傅里叶变换得出基频扭转模态超声导波的幅值A1以及扭转超声导波三次谐波的幅值A3，计算未损伤金属圆管试件中该传播距离时的等效三阶非线性声参量γ'₀，其计算公式为：S5、移动三次谐波接收换能器的位置，改变导波的传播距离，重复步骤S4，计算不同位置的等效三阶非线性声参量；S6、在同一个被检测未损圆管道中检测不少于5次不同传播距离的等效三阶非线性声参量γ'0，并记下传播距的数值x；S7、绘制被测未损圆管的等效三阶非线性声参量γ'0随传播距离x的线性变化曲线，并计算出该拟合直线的斜率k0,无损金属圆管的非线性参量γ0＝k0；S8、进行γd和γ0的对比，如果圆管内部存在微观损伤，γd相对于γ0有非常明显的变化，根据这一变化表征材料内部的微损伤。