曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252014V01．35No．113166．3173ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaaedu．ondei：10．7527／$1000—6893．2014．0028曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究胡宏伟1’2，彭凌兴2，周正干1’*，李雄兵3，孙广开11．北京航空航天大学机械工程与自动化学院，北京1001912．长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙4101143．中南大学CAD／CAM研究所，湖南长沙410075摘要：

2、受曲界面影响，超声波在曲面构件中传播时声束聚焦、散射特性增强，声能量出现汇聚与分散现象，造成缺陷定量困难。针对试块对比法等传统手段检测成本高及适应性较弱的问题，研究了基于超声测量模型的曲面构件缺陷定量方法。以脉冲激励方式下的超声波多元高斯声束模型和缺陷散射模型为基础，建立了曲面构件水浸超声测量模型，并对凸、凹两种曲面试块内的缺陷回波进行了模型有效性验证。以平底孔缺陷为例，基于该模型建立了曲面构件缺陷定量表征曲线，通过仿真研究了声束在曲面构件中的聚焦和散射特性，分析了相对缺陷波高随曲率半径、缺陷深度和缺陷尺寸的变化规律，并通过预测相对缺陷波高进行缺陷定量。以钢制曲面试块水浸超声检测为

3、例进行了缺陷定量应用实验，模型预测与实验结果比较，相对缺陷波高预测误差小于1．2dB，缺陷大小定量误差不大于8．7％，表明这种方法可行，为曲面构件水浸超声检测时的缺陷定量提供了一种简便有效的途径。关键词：水浸超声检测；缺陷定量；曲面构件；超声测量；定量表征曲线中图分类号：V264；TB533文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11—3166一08在航空航天领域曲面构件得到广泛应用，如航空发动机叶片、飞机尾翼和飞机螺旋桨叶等。受原材料、制造工艺和工作载荷等因素影响，这些构件难以避免出现孔隙、分层、夹杂和裂纹等缺陷[1。2]，此类缺陷的存在严重影响构件结构力学性能和安

4、全可靠性，目前超声无损检测是检测其内部缺陷的主要手段[3。5]。然而在对曲面构件进行超声检测时，受曲界面影响，超声波在曲面构件中传播聚焦、散射特性增强，声能量出现汇聚与分散[6]，进而造成特征信号提取及缺陷定量困难，甚至可能导致缺陷误判、漏判。目前超声检测缺陷定量主要有试块对比法、AVG(AbstandVerstaekungGro]3e)曲线法及半波高度法[7_8]。试块对比法可有效评价曲面构件内部缺陷当量大小，但该方法需定制大量缺陷试块，检测成本高，不适合现场检测。利用AVG曲线进行曲面构件缺陷定量时，需要增加相应的修正系数作为曲率补偿，该方法在一定程度上弥补了试块对比法的不足，

5、但由于受探伤距离、探头频率及声场分布不均匀性等因素影响，使得AVG曲线定量精度较低，且该方法仅限于接触式超声检测。半波高度法是通过判定缺陷的边界来实现定量，但不适应于判定面积小于声束截面的缺陷。鉴于此，研究一种曲面构件水浸超声检测缺陷定量方法，对收稿日期：2014—01—12；退修日期：2014—02—08；录用日期：2014-03-21；网络出版时间：2014—04—1416：42网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．7527／$1000—6893．2014．0028html基金项目：国家自然科学基金(51205031，61271356，51105045

6、)；中国博士后科学基金(2013M530504)；高等学校博士学科点专项科研基金(20114316120004)*通讯作者．Tel：010-82338668E—mail：zzhenggan@buaa．educn载砖撂武tHuHW，PengLX。ZhouZG。etal．Quantitativeresearchondefectofcurvedcomponentswithimmersionultrasonictesting[JJ．ActaAoronauticaetAstronauticaSinica，2014，35(11)：3166—3173．胡宏伟．彭凌兴．周正f．等．凿面构件永浸超声

7、检测缺陷定量研究[如．航空学报．2014，35(11)：3166-3173．胡宏伟等：曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究提高检测质量、降低检测成本有着重要意义。美国爱荷华州立大学Schmerr教授提出了基于超声测量模型的缺陷定量方法[9]，该模型能有效模拟缺陷回波波形、电压幅值等声学参量，并具有计算效率高、避免求解复杂边值问题等优点，通过对比模型预测与实际测试回波波形来判定缺陷当量尺寸。利用该超声测量模型，Ye等¨叫研究了平面构件内部各向异性介质侧边孑L缺陷远场响应，获