【正文】 ......................................................................................... 18 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 板形構(gòu)件尤其是厚度在 6mm 以下的薄板件，無論是在航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)，還是在壓力鍋爐，大型化工容器方面均有廣泛的應(yīng)用。盡管金屬薄板的無損檢測(cè)是蘭姆波技術(shù)的最早應(yīng)用領(lǐng)域，但是由于蘭姆波理論及檢測(cè)機(jī)理的復(fù)雜性，此項(xiàng)技術(shù) 至今仍未取得重大突破，還存在許多不一致的觀點(diǎn)和未解決的問題，大大地限制了它在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。金屬板材構(gòu)件 ,尤其是金屬薄板 ,使用常規(guī)的超聲波探傷是很困難的， 與常規(guī)超聲波無損檢測(cè)相比，蘭姆波檢測(cè)具有快速高效的特點(diǎn)，非常適合于板形結(jié)構(gòu)的大面積無損檢測(cè)。LAMB wave。因此需要對(duì)這類板形構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)。事實(shí)上無論是橫波斜入射還是縱波垂直入射進(jìn)薄板中，當(dāng)超聲波傳播一定距離之后由于薄板上下表面的不斷反射使得此時(shí)的超聲波已不再是普通的橫波或者縱波了，而是一種新的超聲波形式即蘭姆波 (LAMB wave)。國外有些大型鋼鐵公司曾在板材生產(chǎn)線上采用 LAMB 波自動(dòng)探傷，但是效果不明顯。 由于 LAMB 波傳播和反射機(jī)理的復(fù)雜性，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 2 國外對(duì) LAMB 波無損檢測(cè)至今尚未制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)雖已先后制訂了兩項(xiàng)國標(biāo)和一項(xiàng)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) [24]，但是這并不能說明這些問題都已得到妥善解決。當(dāng)時(shí)英國力學(xué)家蘭姆 ()按平板自由邊界條件解波動(dòng)方程，得到了一種特殊的波動(dòng)解 [5]。它是板中的導(dǎo)波，通常也稱“板波”。 20 世紀(jì) 40 年代末，美國人 F． A． Firestone(此人也是超聲探傷的發(fā)明者 )首先將 LAMB 波應(yīng)用于薄板探傷。 1967 年這本書被譯為英文在美國出版，這是一本關(guān)于瑞利波和 LAMB 波的經(jīng)典著作 [19]。 20南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 3 世紀(jì) 90 年代末，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的 Stephen 等采用貝葉斯參數(shù)估計(jì) 對(duì)傳播的多模式 LAMB 波進(jìn)行了有效的分離，并對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)行了成功識(shí)別[18]。尤其是中國科學(xué)院聲學(xué)研究所應(yīng)崇福、張守玉和沈建中用光彈方法對(duì) LAMB波的應(yīng)力分布進(jìn)行了直接觀察，這是世界上首次對(duì) LAMB 波的應(yīng)力分布進(jìn)行直接觀察，他們還對(duì) LAMB 波傳播與散射進(jìn)行了觀察和研究 [10]。 通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進(jìn)行研究，對(duì)試件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，并進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)。這種反射現(xiàn)象可被用來進(jìn)行超聲波探傷，最常用的是脈沖回波探傷法探傷時(shí)，脈沖振蕩器發(fā)出的電壓加在探頭上（用壓電陶瓷或石英晶片制成的探測(cè)元件），探頭發(fā)出的超聲波脈沖通過南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 4 聲耦合介質(zhì)（如機(jī)油或水等）進(jìn)入材料并在其中傳播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途徑返回探頭，探頭又將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖， 經(jīng)儀器放大而顯示在示波管的熒光屏上。聲速是衡量材料聲學(xué)性質(zhì)的重要參量。 超聲檢測(cè)的特點(diǎn) ，例如在鋼中的有效探測(cè)深度可達(dá) 1 米以上。 。 LAMB 波檢測(cè)方案進(jìn)行研究。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 5 2 LAMB 波理論及其無損檢測(cè)原理 LAMB 波概述 LAMB波是 1917年英國力學(xué)家蘭姆按平板自由邊界條件求解波動(dòng)方程時(shí)得到了一種特殊的波動(dòng)解而 發(fā)現(xiàn)的 [9]。在無限均勻各向同性彈性介質(zhì)中，橫 波和縱波分別以各自的特征速度傳播而無波形耦合，而在板中則不然。 根據(jù)板內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移的分布形態(tài)不同， LAMB 波被分為對(duì)稱型 LAMB 波和反對(duì)稱型 LAMB 波，他們的傳播形式如圖 1所示。反對(duì)稱型 LAMB 波的特點(diǎn)是薄板中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)不對(duì)稱于板的中心面，上下兩面相應(yīng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的垂直分量方向相同，水平分量方向相反，且在薄板的中心面上質(zhì)點(diǎn)是以橫波形式振動(dòng)的。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 7 3 LAMB 波無損檢測(cè)系統(tǒng)的組建 LAMB 波的激發(fā)與接收 一般采用超聲波換能器耦合在板的表面來充當(dāng)驅(qū)動(dòng)器和傳感器。而所謂雙探頭式也叫一發(fā)一收方式，即用一個(gè)探頭完成信號(hào)的發(fā)射任務(wù)，用另一探頭完成信號(hào)的接收任務(wù)。不同的 LAMB波波型是通過選擇不同的探頭入射角來實(shí)現(xiàn)的。本論文中采用UltraNDT 超聲發(fā)射 /接收卡作為超聲發(fā)生和接收設(shè)備 ， 該儀器為一臺(tái)通用數(shù)字化超聲無損探傷儀；鼠標(biāo)操作，全數(shù)字化調(diào)節(jié)，使用方便，而且檢測(cè)結(jié)果可以存盤分析。其中硬件系統(tǒng)包括試驗(yàn)基體材料、探頭、 UltraNDT 超聲發(fā)射 /接收卡 、各種傳輸線以及耦合劑等。 選用 1000mm*600mm*3mm鋁板，分別在鋁板的中心鉆 , 的圓孔，探頭采用中心頻率為 的 K2 斜探頭，采用一發(fā)一收的方式通過耦合劑耦合在鋁板上，探頭間距 100mm，探頭在鋁板上的位置如圖 所示 (實(shí)驗(yàn)過程中，探頭位置不能移動(dòng)） 。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 探頭布置示意圖 采樣率為 50MHz， 改變孔徑大小 ， 通過數(shù)字采樣得的時(shí)域信號(hào) 如圖 所示。 波形指數(shù) FSHA 的特點(diǎn)是穩(wěn)定性較好 ,從公式 ( 1)可以看出 FSHA 與信號(hào)幅值的大小 無關(guān) ,避免了實(shí)際測(cè)試中因耦合條件改變而引起的誤差 , 這為定征結(jié)構(gòu)中缺陷的狀態(tài)和研究 Lamb 波提供了途徑 [20]。 實(shí)驗(yàn)中，自發(fā)自收波形指數(shù)的回歸系數(shù)為 R=。E International,2021 [13]鄭祥明 ,顧向華等 .超聲蘭姆波的時(shí)頻分析 [J].聲學(xué)學(xué)報(bào) ,2021 [14]袁慎芳，陶寶祺，朱曉榮 .應(yīng)用小波分析及主動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的復(fù)合材料損傷監(jiān)測(cè) .材料工程，2021 [15]Shenfang Yuan， Lei Wang， Ge work method based on a new damage signature for structural health Structures， 2021 [16]徐穎娣，袁慎芳，彭鴿 .二維結(jié)構(gòu)損傷的主動(dòng) LAMB波定位技術(shù)研究 .航空學(xué)報(bào)， 2021 [17] ：PrenticeHall， 2021 [18]Farrar Testing of the I40 Bridge Before and After theIntroduction of Damage,Proceeding of the 13th International Modal AnalysisConference,1995 [19]West Point Random Model Test Technique Application to Failure and Vibration Bulletin,1982 [20]楊智春 ,于哲峰 , 孫浩 .一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)７纸獾慕Y(jié)構(gòu)微小損傷檢測(cè)方法 [ J] . 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , 2021 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2021 屆學(xué)士學(xué)位論文 18 致 謝 歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。特別感謝研究生學(xué)長(zhǎng)給予的悉心指導(dǎo)