摘要：在工程实践和已有研究中,对于混凝土结构内部病害的无损检测,超声层析图像通常需要先验知识进行人工定性判读,较少应用于精确的量化检测。为此,提出一种基于阵列超声和特征融合神经网络的深度学习方法,用于钢筋混凝土结构内部裂缝的像素级无损检测。制作了预置内部裂缝的钢筋混凝土构件,并使用低频剪切超声波和换能器阵列扫查,获得阵列超声B扫描图像并构建数据集。建立了具有编码器-解码器架构的深度神经网络,并采用特征融合策略和残差模块优化该模型,使其与B扫描图像的语义结构更加兼容。通过配准,将独立局部预测图组合为断面的全局表征,以展示构件长度方向整个断面的裂缝位置、分布等全局信息。结果表明:训练、验证及测试集的F分数均高于70%,提出的特征融合深度神经网络可识别宽度低至1 mm的裂缝,裂缝长度量化的平均绝对百分误差为6.22%,证实了所提方法的有效性。

摘要：增材制造钛合金梯度材料在航空航天、武器装备的系统性能提升和结构减重等方面具有重要应用价值。针对梯度材料多层介质不均匀性导致的检测信噪比低,阵列超声聚焦成像算法设计和校正困难等问题,通过分析超声波在多介质层内部的传播特性,给出各介质层界面的反射系数和透射系数和衰减系数的计算公式,建立合成声束在其内部的聚焦声场分布模型,基于一种比例常数提出了多层介质中阵列超声传播路径的快速计算方法。针对采用增材制造技术制备的TA15-Ti2AlNb梯度材料试件建立了全聚焦(Total focusing method,TFM)校正成像算法,采用线阵和环阵换能器的试验结果均表明该方法能有效提高梯度材料内部缺陷的检测信噪比和定量精度。

摘要：随着阵列超声检测技术的发展和广泛应用,国内外对应的标准也日趋增多。文章在简要介绍EN/ISO阵列超声检测体系的基础上,重点总结了阵列超声检测标准ISO 13588的技术要点。结合项目实际,设计了模拟试块,对依据标准制定的工艺进行了验证。相关研究结果为同行执行ISO标准同类型检测提供了参考。

摘要：航空发动机某高温合金盘构件采用盘体与叶片环进行焊接的方式制备,由于构件结构复杂,在检测圆柱形焊接面缺陷时,采用单晶超声检测换能器检测效率不高,缺陷信号信噪比低。为提高该种结构件的检测能力,研究圆柱面焊缝的阵列超声自动检测方法,分析面积型缺陷和声源的相对位置对缺陷反射声压和波型转换的影响,提出一种基于双阵列换能器的一发一收检测方案。根据高温合金盘结构设计基于双阵列换能器的声束发射-接收方法和圆柱面焊缝全覆盖检测方案;基于时域有限差分方法建立高温合金盘的阵列超声声学响应仿真模型,对检测参数进行设计和优化。对含有人工缺陷的实际试样进行检测试验,结果表明所提出的双阵列超声换能器检测方法能有效检测到圆柱面焊缝区域?2 mm的当量缺陷。

摘要：在金属与橡胶等非金属材料的多层黏接结构的超声检测中,介质间声阻抗差异和超声衰减显著,致使脱黏缺陷检测信噪比低,缺陷识别困难。为了提高多层黏接结构中脱黏缺陷的检出能力,提出了基于线性阵列超声换能器的超声检测评价方法。分析了声波在黏接界面的传播特性,得出声波在多介质层系的反射系数频谱关系;基于多层黏接结构的三维CAD检测模型,建立多层结构的阵列超声声束路径通用计算方法,依据多层介质的刚度矩阵传递模型,构建数值仿真分析模型,实现阵列超声聚焦方案和检测工艺的设计;分析了不同黏接状态下界面回波信号的幅度谱,提出采用幅度谱特征进行C扫描成像的方法。实验结果表明:所提阵列超声检测评价方法可有效提升多层黏接结构的检测效率,提高检测信噪比,降低脱黏缺陷C扫描成像表征的复杂度。

摘要：大型厚壁环件在能源石化、航空航天和国防装备领域应用日益广泛,其成形过程产生的缺陷严重威胁相关装备服役安全。为了解决此类环件成形缺陷的无损检测问题,提出一种大型厚壁环件阵列超声无损检测方法。基于多元高斯声束模型研究了不同频率的超声探头在水层、环件材料多介质中的声场分布规律,进行了超声检测传感器阵列和结构设计,制定了大型厚壁环件超声检测工艺规划,开发了大型厚壁环件成形缺陷阵列超声自动化检测系统。通过对某大型厚壁矩形环件的实际检测,能够快速、有效检测出深度2~400mmФ2mm当量缺陷。研究结果对于保障重大工程中的大型厚壁环件高质量制造具有重要意义和实用价值。

摘要：针对碳纤维增强树脂基复合材料层压板结构超声检测中存在的信噪比差、检测效率低等问题,设计基于线性阵列和环形阵列换能器的超声检测方法和工艺,研究分析这两种换能器对复合材料层压板的检测效果。首先,制备预置有不同埋深分层缺陷的复合材料梯度平板试样,并基于有限差分仿真模型探究了复合材料平板结构中的超声传播特性。然后,依据材料的声学各向异性特征,对采用线阵和环阵换能器的超声检测成像算法进行修正,并制订检测工艺。最后,利用线阵和环阵换能器对试样进行C扫描超声检测成像,并结合声场特征,定性和定量地分析其检测结果。试验结果表明,采用线阵换能器可在具有较高信噪比的同时,对厚度较小(≤10 mm)的复合材料平板试样实现高效率检测,而环阵换能器对厚度较大的平板试样具有更高的检测精度以及更小的成像畸变。研究成果可为复合材料检测的声学表征提供理论依据,并为阵列超声检测的工艺方法设计提供有效参考和指导。

摘要：采用超声波检测碳纤维层压复合材料时,换能器将接收到层间产生的反射信号。为了有效利用层间反射信号表征碳纤维层压复合材料内部树脂及纤维铺层的几何状态,开展基于超声复解析信号的检测方法研究。介绍超声复解析信号的基本理论,阐述其相对原始A型信号的优势;定义用于成像的复解析信号表征参量,设计基于表征参量的检测成像算法,采用简化声学模型分析碳纤维层压复合材料微观结构超声响应对表征参量的影响;针对包含冲击损伤的碳纤维增强复合材料层压板开展阵列超声检测试验,试验结果表明基于超声复解析信号的检测成像方法可清晰观测出碳纤维层压复合材料微观结构内部的纤维铺层几何形态,基于原始A型信号的检测成像方法无法有效观测,超声复解析信号具有用于表征评价复合材料脱层、褶皱等缺陷的巨大潜力。