基于振动声调制的金属微裂纹定位方法研究.pdf

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1、第３８卷第６期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ６２０１７年６月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＪｕｎ．２０１７基于振动声调制的金属微裂纹定位方法研究郑慧峰，呼刘晨，方漂漂，王月兵，蒋剑（中国计量大学精密测试与控制研究所杭州３１００１８）摘要：针对传统线性超声检测无法检测闭合微裂纹的问题，搭建了铝板的微裂纹振动声调制（ＶＡＭ）检测系统，提取检测信号中的一阶旁瓣非线性信号和只滤除基波的全部非线性信号并对其时域反转，在ＡＢＡＱＵＳ有限元软件下，将其加载在铝板的无损模型上实现时间反转聚焦，获取铝板模型能量分布云图和各质点的位

2、移信息，以此对微裂纹进行定位。结果表明，在时反信号的聚焦时刻原裂纹位置处有较强能量聚焦，只滤除基波的全部非线性信号聚焦效果优于一阶旁瓣非线性信号，振动声调制技术与时间反转方法结合能够实现对微裂纹的检测和定位。关键词：振动声调制技术；非线性超声；有限元仿真；时间反转中图分类号：ＴＨ８７ＴＢ５２３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０ＭｅｔａｌｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｖｉｂｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＺｈｅｎｇＨｕｉｆｅｎｇ，ＨｕＬｉｕｃｈｅｎ，ＦａｎｇＰｉａｏｐｉａｏ，ＷａｎｇＹｕｅｂｉｎｇ，Ｊ

3、ｉａｎｇＪｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｕｎａｂｌｅｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｃｌｏｓｅｄｍｉｃｒｏｃｒａｃｋ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｖｉｂｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＶＡＭ）ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｕｓｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍＶＡＭｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅ

4、ｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｓｉｄｅｂａｎｄａｎｄｗｈｏｌｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｉｇｎａｌｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｏｎａｌｕｍｉｎｕｍｐｌａｔｅｃｏｎｔａｉｎｅｄｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ，ａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｄｉｎｔｈｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｓｉｇｎａｌｓａｒｅｌｏａｄｅｄｉｎｔｏａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂｕｉｌｔｂｙＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｃｌｏｕｄｉｍａｇｅａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｌｏｃａｔｉ

5、ｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｓｔｒｏｎｇｅｒｅｎｅｒｇｙｆｏｃｕｓｉｎｇａｒｏｕｎｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｒａｃｋｌｏｃａｔｉｏｎａｔｆｏｃｕｓｉｎｇｔｉｍｅｏｆｔｈｅｒｅｖｅｒｓａｌｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｗｈｏｌｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｉｇｎａｌｓｈａｓｂｅｔｔｅｒｆｏｃｕｓｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｈａｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｏｎｌｙｃｏｎｔａｉｎｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｓｉｄｅｂａｎｄ．ＴｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＶＡＭａｎｄｔｉｍｅｒｅｖｅｒｓａｌ（Ｔ

6、Ｒ）ｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｃｒａｃｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＶＡＭ）；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｉｍｅｒｅｖｅｒｓａｌ［４５］信号来检测损伤的存在。根据惠更斯原理，损伤处即１引言为非线性信号的声源，因此可以采用具有自聚焦特性的时间反转法使得振动声调制检测信号中的非线性信号聚振动声调制技术对早期结构的塑性变形和闭合裂纹焦于损伤位置。［６］灵敏度高，且受系统非线性影响小，与

7、传统线性超声相比ＳｕｔｎｉＡ．Ｍ．等人利用非线性声波时间反转聚焦原［１］具有明显优势。但目前对振动声调制技术的研究还多理对有缺陷的玻璃体进行试验研究，发现高次谐波的时限于调制信号的影响因素，损伤的定量表征等方面［２３］，［７］间反转信号聚焦于裂纹位置处；ＵｌｒｉｃｈＴ．Ｊ．等人和Ｂａｓ较少涉及损伤的定位研究。［８］Ｐ．Ｙ．Ｊ．等人对一块含有裂纹的试件进行振动声调制振动声调制技术是利用低频（ω１）和高频信号时反试验，用压电陶瓷片激励和接收声波，激光测振仪获（ω２）在损伤处相互调制，产生旁瓣（ω２±ｎω１）非线性取时间反转声波在试件表面的分布情况，结果发现时

8、反收稿日期：２０１７０１ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１７０１