摘要：裂纹是导致众多结构失效的主要原因之一,采用超声兰姆波可有效地对板类结构中的裂纹等缺陷实现定位,但目前的技术尚无法实现对缺陷精细特征的测量。研究超声兰姆波与缺陷的交互作用,可为实现缺陷高精度检测奠定理论基础。采用散射系数矩阵表征弹性波与缺陷的交互作用,对兰姆波斜入射到裂纹时的散射特性进行仿真和试验研究,结果表明其散射场在周向上的分布并不均匀,有明显的波束指向性。随着入射角从0°变化到90°,波束指向角呈非单调性变化,且散射波能量迅速减小。当入射角为0°和90°时,s矩阵有明显的对称性,据此可测量裂纹的扩展方向。利用斜入射时裂纹散射场的特征可以设计合理的成像算法及传感器布置方案,以更有效地实现超声兰姆波对板类结构中裂纹的精细检测。

摘要：提出了一种用于板状结构损伤成像的虚拟电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)阵列。由螺旋线圈和圆柱形永磁铁组成的电磁超声换能器可以通过洛伦兹力在铝板中有效地激发低频散和高幅值的单一s0模态兰姆波。实验研究了电磁超声换能器配置参数(如激发频率,螺旋线圈外径、螺旋线圈内径和提离距离)对s0模态兰姆波性能的影响。另外,将接收电磁超声换能器移动到用于接收兰姆波的多个预定义位置来构建虚拟传感器阵列,实验研究了阵元间距和阵元数量对成像结果的影响。结果表明,通过相控虚拟聚焦成像方法,虚拟电磁超声换能器阵列的成像结果与实际损伤位置吻合良好。

摘要：金属板结构由于在使用过程中受到外界载荷作用极易产生缺陷,而目前对结构初期损伤的实时动态监测仍存在一定困难。超声相控阵阵列检测技术不仅具有较高灵敏度,还具有对损伤进行动态聚焦、提升检测信号信噪比和损伤成像分辨率等优点。通过对线性相控阵列参数进行优化设计,结合Lamb波频率调谐理论,使用频散效应弱的单一s0模态Lamb波,应用相控阵逐点扫描算法,通过仿真和实验两种手段针对板中贯穿刻槽损伤进行精确定位并成像,结果显示,该算法可对损伤所在方位及走向做出判断,得到较高质量的损伤评估检测信息。为各类大型板状结构长期稳定工作提供理论指导和实验支持。