金属板中闭合裂纹混频非线性超声检测方法研究

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1、中文图书分类号：TM878密级：公开UDC：621学校代码：10005硕士专业学位论文PROFESSIONALMASTERDISSERTATION论文题目：金属板中闭合裂纹混频非线性超声检测方法研究论文作者：孟祥吉专业类别/领域：工程硕士/机械工程指导教师：焦敬品教授论文提交日期：2017年4月UDC：621学校代码：10005中文图书分类号：TM878学号：S201401196密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：金属板中闭合裂纹混频非线性超声检测方法研究英文题目：STUDYONNONLI

2、NEARULTRASONICTESTINGMETHODOFCLOSEDCRACKINMETALPLATE论文作者：孟祥吉专业类别/领域：工程硕士/机械工程研究方向：现代测控技术与仪器申请学位：工程硕士专业学位指导教师：焦敬品教授所在单位：机械工程与应用电子技术学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大

3、学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：孟祥吉日期：2017年06月16日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：孟祥吉日期：2017年06月16日导师签名：焦敬品日期：2017年06月16日摘要摘要板状金属结构在

4、各类装备广泛使用，疲劳裂纹是其主要损伤形式之一。疲劳裂纹的产生严重危害设备的安全运行，若不及时发现缺陷并采取措施，裂纹在载荷作用下会加速扩展，最终造成结构断裂，往往会导致灾难性事故的发生。因此，迫切需要发展疲劳裂纹的早期检测与评价方法。针对结构闭合裂纹检测需求，本文开展结构闭合裂纹非线性超声检测方法研究，具体研究内容包括：（1）块状金属结构闭合裂纹非共线体波混频检测方法研究。根据两列波相互作用的经典非线性理论，分析得到了10种不同类型混频非线性效应发生的理论曲线。以典型的非共线横波混频为例，对材料本身产生的

5、经典非线性以及由于闭合裂纹产生的接触非线性的非线性超声检测进行了数值仿真研究，分析了相同和不同频率下接触非线性和经典非线性产生混频效应的区别，并分析了不同方向闭合裂纹对混频散射波传播方向的影响。在以上研究基础上，进行了块状金属结构中闭合裂纹非共线体波（横波）混频检测实验研究。（2）金属板中闭合裂纹非线性兰姆波检测方法研究。根据非线性弹簧模型与赫兹接触理论，进行了板中二次谐波及混频非线性兰姆波理论研究，建立了板中兰姆波二次谐波及混频非线性效应与闭合裂纹尺寸的关系模型。通过有限元仿真，研究了闭合裂纹长度和宽度对

6、兰姆波二次谐波及混频非线性效应的影响。结果表明，随着闭合裂纹尺寸的变化，非线性效应呈一定规律变化。在以上研究基础上，进行了板中闭合裂纹非线性兰姆波检测实验研究。结果表明，该方法可以很好的实现板中疲劳裂纹检测。（3）非线性兰姆波信号的时频分析。针对非线性兰姆波检测中弱非线性效应的提取问题，将短时傅立叶变换、连续小波变换、Wigner-Viller分布、WVD时频融合和非线性调频小波变换五种时频分析技术应用于非线性兰姆波信号分析。结果表明，与传统时频分析相比，非线性调频小波变换适合于非线性兰姆波频散信号中弱非线

7、性效应的表征。对于多分量非调频非线性兰姆波信号，采用WVD时频融合方法，提高了时频聚集性，并且有效抑制了交叉项的影响。因此，以上两种方法对非线性兰姆波信号分析处理上具有很大优势。关键词：非线性兰姆波；闭合裂纹；二次谐波；混频效应；非线性调频小波变换-I-AbstractAbstractThemetalplatestructureiswidelyusedinvarioustypesofequipment,fatiguecrackisoneofitsmainformofdamage.Theoccurrenceo

8、ffatiguecracksseriouslyendangerthesafeoperationoftheequipment.Ifthedefectsarenotdetectedandthemeasuresarenottaken,thecrackwillacceleratetheexpansionundertheload,andeventuallyleadtocatastrophicaccidents,whichc