一種基于共振聲學原理的無損檢測技術(編輯修改稿)
2025-07-16 05:42 本頁面
【文章內容簡介】 自動能力 中 N/A 復雜復雜 容易 實現自動的花費 中 N/A 高高 低/中3. 理論依據模態(tài)分析是用于研究機械結構的動力學特性一種分析手段。所有的金屬結構，如齒輪等看起來非常堅硬的結構，都會因各種原因而產生變形。這種變形通過肉眼很難觀察到，但通過模態(tài)分析就能將其描述出來。每一種結構都有特定的共振頻率，在這些共振頻率點處，任意小的能量輸入都會被結構本身放大。例如，音叉和鐘在受到很小的觸碰下，也會以特定的頻率產生長時間的振動，這些特定頻率成為結構的固有頻率。產生的聲音也是直接由這些固有頻率引起的。事實上，結構的振動表現為一系列單頻振動的疊加，任何結構產生的聲音都是由這類振動引起的。RAMNDT技術正是利用了結構的這個動力學特性來評價待測部件的整體性和一致性的。如圖1所示的單自由度振子系統(tǒng)，包含質量塊，彈簧和阻尼。系統(tǒng)的三個基本元素分別是質量（m）、剛度（k）和阻尼（c），系統(tǒng)狀態(tài)可由質量塊的位移來描述，激振力F輸入給系統(tǒng)的能量表現為質量塊的動能和彈簧的彈性勢能，并由阻尼在不斷耗散。系統(tǒng)的數學表達式，也稱為運動微分方程見式（1），mx39。39。(t)+cx39。(t)+kx(t)=F(t) （1）對于一個無阻尼系統(tǒng)，上述運動方程的解見下式 （2）由式（2）可見，無阻尼結構的固有頻率f由結構的質量和剛度決定。對于多自由度系統(tǒng)，式（2）中質量和剛度的關系仍然成立。增加剛度會提高固有頻率，增加質量會降低固有頻率。拿吉他的琴弦而言，大直徑的琴弦（質量更大）產生的聲音比細弦更為低沉；張緊的琴弦產生的聲音比松散的琴弦更為高亢。RAMNDT技術正是利用這些結構的基本特性來評價待測物的整體性和一致性的。圖1. 單自由度系統(tǒng)示意圖固有頻率是結構的全局屬性，結構的缺陷會導致固有頻率的偏移。例如，裂紋會改變裂紋所在處周圍的剛度，密度的變化或氣孔會改變結構的質量。裂紋一般會降低結構的剛度，導致固有頻率降低。類似的，氣孔會導致減小結構質量，進而導致固有頻率升高。假如缺陷大小和位置在某一階模態(tài)表現明顯，那么這一階固有頻率的偏移是可以通過測量得到的。某些缺陷甚至是可以通過人耳判別出來的，比如存在裂紋的鐘產生的鐘聲和完好的鐘產生的鐘聲是有明顯差異的。4. 共振聲學原理關于共振檢測技術和理論背景已經分別在第二和第三部分中描述過。這一部分主要討論共振檢測的具體工作過程和共振聲學法的優(yōu)點。共振檢測是基于模態(tài)分析方法而簡化的一種檢測手段，以批量產品的質量控制為目的。常規(guī)的檢測流程如下：1. 對待測件施加一個的敲擊力，這個敲擊力大小恒定、且可重復輸出，在分析頻段范圍內具有平坦的能量譜，一般由手動力錘或電動力錘輸出。2. 利用麥克風或加速度傳感器以及一個帶有抗混疊濾波的高速模數轉換器采集待測物在敲擊力下產生的聲學或振動響應。3. 對采集的時域數據進行快速傅里葉變換，將
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