1 江苏开放大学信息工程学院, 江苏南京 210003
2 温州大学机电工程学院, 浙江温州 325035
基于Lamb波的损伤监测方法已在复合材料结构健康监测中得到了广泛的应用。然而, 复合材料结构的服役环境复杂多变, 超声导波信号极易被外界因素干扰。本文研究了玻璃纤维层合板在变温场下的超声导波特性及损伤成像修正方法。首先, 利用红外热成像仪研究持续加热下超声导波信号幅值和相位的变化规律, 并构建因变温引起的幅相误差矩阵。其次, 将误差矩阵代入多重信号分类(2D-MUSIC)算法中修正导向矢量, 并建立代价函数迭代出准确损伤位置。玻璃纤维复合材料层合板的模拟损伤实验表明该方法有效提高了 2D-MUSIC算法在变温场下的损伤定位分辨率和精度。
变温场 超声导波 2D-MUSIC算法 损伤成像 variable temperature field ultrasonic guided wave 2D-MUSIC algorithm damage imaging
1 南京航空航天大学 自动化学院, 江苏 南京 211106
2 中国空气动力研究与发展中心 结冰与防除冰重点实验室,四川 绵阳 621000
3 南京铁道职业技术学院, 江苏 南京 210031
针对航空复合材料的结冰探测, 该文提出了基于超声导波技术的解决方案, 采用转移矩阵法建立了层状结构波导模型, 绘制了相速度和群速度频散曲线, 分析了超声导波在碳纤维增强复合材料板中的传播特性。在此基础上, 基于现场可编程逻辑门阵列设计了由信号源和接收机组成的硬件电路, 结合恒温箱搭建了结冰探测系统及其实验环境。通过测量回波信号波包相对时延的方式, 验证了超声导波结冰探测方案的可行性, 为飞机结冰探测领域提供了新思路。
超声导波 结冰探测 碳纤维增强复合材料 频散曲线 现场可编程逻辑门阵列 ultrasonic guided waves ice detection carbon fiber reinforced polymer dispersion curves field programmable gate array
1 北京科技大学机械工程学院，北京 100083
2 北京石油化工学院机械工程学院，北京 102617
为了在钢板生产过程中实现钢板内应力的在线非接触无损检测，研究了基于激光超声导波的钢板内应力检测方法。搭建了激光超声导波应力测试装置，开发了相应的信号采集、处理及分析软件，组建了激光超声应力检测实验研究平台。通过拉伸加载装置，给实验试样两端施加预先计算的拉伸载荷，实现了所需要的各种工况下的钢板内应力场。通过激光超声检测单元采集各种载荷下的激光超声导波信号，实验研究了激光超声导波对钢板内应力的表征能力与关联规律。实验结果表明，脉冲激光可以在硅钢板中激发出以A0模态为主的宽频激光超声导波；激光超声导波相速度随拉力的增大而增大，群速度随拉力的增大而减小；拉应力与激光超声导波信号的首波超前时间差和波包延迟时间差都存在明显的线性关系。激光超声导波检测方法可用于带钢内应力的非接触无损检测，有可能成为钢板带内应力在线检测的新方法。
测量 钢板 应力 激光超声导波 无损检测
1 中国石油大学（北京），北京02249
2 中国石油天然气股份有限公司安全环保技术研究院，北京1000
3 重庆大学 光电工程学院 光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044
The method of inspecting and evaluating an oil storage tank currently focuses on the bottom and outer wall of the tank， and the roof the tank does not typically receive sufficient attention. However， the complicated structure and the unique physical and chemical environment lead to corrosion of the roof， which in severe cases may result in sudden failure or fire. Estimating the extent of corrosion of a tank roof is therefore of great significance. A new method based on the Lamb-wave reflection/transmission amplitude ratio is proposed to evaluate the corrosion depth. By analyzing the nonlinear modulation of guided waves in corroded materials， the relationship between corrosion depth and the reflected and transmitted wave amplitudes is obtained. Then， using the attenuation characteristics of guided waves， a theoretical expression for the ratio of reflected and transmitted signal amplitudes is derived. Numerical analysis and electrochemical corrosion experiments verified the relationship between the corrosion depth and the amplitude ratio. Using realistic experimental parameters and assuming a plate thickness of 3 mm， it is noted that guided wave attenuation factors （
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are capable of distinguishing the degree （i.e.， depth） of corrosion. A practical test was conducted at a petrochemical facility； an ultrasonic guided wave categorization of corrosion into three grades， namely， slight， medium， and severe， was successfully correlated with the observed degrees of corrosion. This method can therefore effectively measure the corrosion defect depth and can provide guidance for evaluating the degree of corrosion defects affecting plate structures.
华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
由于超声导波难以准确检测非金属管道的早期损伤, 本文提出了一种非线性超声导波延时方法对非金属管道结构损伤进行测试和定位。基于非线性超声调制机理分析了非金属管道损伤状态, 使用同侧非线性超声的混频信号激励方式并根据超声导波传播速度的差异产生激励信号延时, 然后在管道损伤处实现混频信号的非线性调制。采用HHT(Hilbert-HuangTransformation)提取混频延时信号的瞬时特征量, 并通过分析非线性分量延时分组进行损伤区域检测, 实现了对非金属管道裂纹损伤的定位。PVC(Ployninylchloride)非金属管道实验显示, 无损伤状态下延时信号分组的标准化基准值为0.518 8; 单裂纹状态下延时信号分组标准值为0.593 7, 损伤定位相对误差为3.277%; 双裂纹损伤状态下的标准化瞬时平均幅值为0.580 1与0.607 3, 损伤定位值绝对误差小于4 mm。相对于利用小波包络分解的非线性延时定位检测法, 实验得到的单裂纹损伤准确度提高了36.4%。结果表明该方法能够对非金属管道裂纹损伤准确定位, 并能够检测早期多裂纹损伤。
非金属管道 损伤定位 超声导波延时检测法 非线性调制 nonmetallic pipe damage location ultrasonic guide wave detection with delay signal nonlinear modulation
