技術文章

　　實驗名稱：Lamb波在板中缺陷檢測的有限元模擬和實驗研究

　　實驗目的：超聲Lamb波檢測技術是薄板結構檢測一種較為先進的無損檢測技術，其在石化、航空、電力、核能等領域具有顯著的優點和作用，且創造了很大的社會效益及經濟效益。但是由于Lamb波的頻散特性，限制了其應用到實際工業生產中，為了確定參數和模態分析，本文對Lamb波在板中的傳播特性，頻散曲線及其缺陷檢測進行研究。

　　測試設備：前置放大器、函數發生器、示波器、接收傳感器、計算機等

　　實驗過程：

圖：實驗系統原理圖

　　根據Lamb波在板中傳播的特性及其實驗室的設備我們搭建了一套原理性實驗系統，根據原理圖所示的器材連接，由電腦制作5周期漢寧窗激勵信號傳送到任意函數發生器產生激勵信號，將激勵信號傳播到鋁板上的信號發生探頭，激勵探頭產生Lamb波在板中傳播后通過接收探頭接收回波信號，將回波信號經過功率放大器放大后在數字示波器上進行顯示。

　　1、檢測Lamb在無缺陷板中和有缺陷板中回波信號的對比。并且分析Lamb波在板中傳播發生頻散現象之后各個不同模態的回波，以確定缺陷位置。

　　2、超聲Lamb波在板中損傷檢測主要參數設定：

　　激勵信號：5周期中心頻率為500KHz的漢寧窗調制信號

　　入射角：采用縱波直探頭垂直鋁板平面激勵信號

　　記錄時間長度：1兆點

　　3、缺陷大小：直徑為10mm的圓形通孔

　　4、對實驗結果保存分析。

　　實驗結果：

　　通過上述實驗器材布置及其實驗參數進行實驗，對無缺陷和有缺陷的鋁板進行實驗，得出的實驗結果圖如下圖2和下圖3所示：

　　圖2：無缺陷鋁板實驗結果圖

　　圖3：有缺陷鋁板實驗結果圖

　　如上圖2和上圖3所示，由于在實驗中采用縱波直探頭進行加載，接收信號中A0模態的信號分辨性較好，SO模態的幅值則很小。我們對有/無缺陷鋁板結果進行對比，無缺陷鋁板實驗接收信號含有2個A0模態波形，第一個為接收到的激勵信號波形的A0模態，后面的波形為端面A0模態回波，在有缺陷鋁板的實驗接收信號中，明顯可以看到在接收激勵信號A0模態波形和端面A0模態回波中間含有缺陷的A0模態回波。

　　針對上述實驗，我們利用ABAQUS對其進行有限元數值模擬。對上述模型圖數據進行建模仿真分別對無缺陷和有缺陷鋁板Lamb波傳播過程進行仿真，得出的仿真結果圖如下圖4和圖5所示：

　　圖4：無缺陷鋁板數值模擬結果圖

　　圖5：有缺陷鋁板數值模擬結果圖

　　圖：實驗結果與數值模擬計算結果對比

　　通過實驗檢測得出的結果和數值模擬計算出的結果吻合程度比較理想，數值模擬缺陷位置的時間與實驗結果缺陷位置時間基本相同，驗證了有限元仿真數值模擬的準確性。

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