金属薄板的超声兰姆波无损检测

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要与常规超声波无损检测相比，兰姆波检测具有快速高效的特点，非常适合于板形结构的大面积无损检测。尽管金属薄板的无损检测是兰姆波技术的最早应用领域，但是由于兰姆波理论及检测机理的复杂性，此项技术至今仍未取得重大突破，还存在许多不一致的观点和未解决的问题，大大地限制了它在工业生产中的应用。首先采用短时傅立叶变换(STFT)对薄钢板中的兰姆波检测信号进行模式识别。通过对比缺陷前后信号的时域、频域以及时频域特征参数，从而对薄板中的模拟缺陷进行无损检测以及研究不同形态的缺陷对兰姆波传播的影响，并对模拟缺陷进行定位研究。其次推导出板中质点振动位移公式，并绘出各

2、兰姆波模式的质点振动位移曲线，结合实验数据对目前还存在争议的关于质点振动与兰姆波对不同深度缺陷探伤敏感性之间是否存在对应关系以及存在何种对应关系这一问题进行了探讨。最后采用一种新的非平稳信号处理方法希尔伯特一黄变换(HHT)对兰姆波检测信号进行分析，提取了信号瞬时幅值这一新的特征参数并对其峰值数据进行线性回归分析，并从实验角度对采用这一方法研究兰姆波信号的合理性进行分析。通过实验分析和研究，结果表明；(1)sTFT能够对检测信号中的Lamb波模式进行有效识别。(2)采用时域分析法和频域分析法以及sTFT时频分析均能有效识别板中存在的孔型和狭缝型模拟缺陷。(3)孔型缺陷不易使兰姆

3、波产生模式转换，兰姆波的能量随孔型缺陷直径的增加变化规律简单；狭缝型缺陷容易使兰姆波产生模式转换，兰姆波的能量随狭缝型缺陷深度的增加变化规律复杂。(4)时间延迟估计法和通过理论时频分布曲线计算法都可以对缺陷进行定位，相比较而言前者计算简单，后者定位精度高。(5)初步确定质点振动位移垂直分量绝对值1VI的大小与对应深度处孔型缺陷的反射兰姆波能量存在正比关系。(6)采用改进后的ttBT方法能够对多模式兰姆波信号进行有效分析。关键词：无损检测；Lamb波；金属薄板；短时傅立叶变换；希尔伯特一黄变换本文的研究得到湖北省自然科学基金(项目编号2004ABA019)，以及湖北省教育厅(项目

4、编号2004D009)，宁波市自然科学基金(项目编号2006A610025)的资助。第1I页武汉科技大学硕士学位论文AbstractComparedwiththeconventionalultrasonicnondestructivetestingtechniques，Lambwavesmethodisrapidandefficientandespeciallysuitablefornondestructivetestingoflargeplate·shapedstructure．Thenondestructivetestinmetalsheetisthemostearlyap

5、plicationdomainofLambwavetechnique，however，becauseofthecomplicationofthetheoryandmechanismofLambwaves，thistechniquehasnotyetachievedsignificantbreakthrough．Therearealsoalotofinconsistentviewpointsandunresolvedproblemswhichhavegreatlylimiteditsapplicationintheindustry．Short—timeFourierTransfo

6、rm(s呻isusedtorecognisethemodesofLambwavespropagatinginsteelsheet．ByanalyzingthesignalsofLambwaV髓intimedomain．frequencydomainandtime-frequencydomain,theartificialdefectsisdetectednondestructively,theeffectsofdifferentdefectsonpropagationofLambwaves，andpositioningofdefectsalestudied．Thevibrati

7、ondisplacementformulaisdeducedandthevibrationdisplacementCUrvesofLambwavesareplotted．Also，TherelationshipbetweenthevibmtionmodeandsensitivityofLambwavesisdiscussedaccordingtotheexperimentaldata．Finally,anewnon-stationarysignalprocessingmethod,Hilbe