基于赫兹接触的板中微裂纹非线性兰姆波检测方法研究.pdf

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1、第53卷第12期20l7年6月机械工程学报JOI瓜NALOFMECHANICALENGINEERINGVbl．53JlHl。No．122O17DoI：10．3901／JME．2017．12．060基于赫兹接触的板中微裂纹非线性兰姆波检测方法研究术焦敬品孟祥吉吕洪涛吴斌何存富(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)摘要：针对金属板结构中微裂纹检测问题，进行基于二次谐波的非线性兰姆波检测方法研究。基于赫兹接触理论，进行板中二次谐波非线性兰姆波理论研究，建立板中兰姆波二次谐波与微裂纹尺寸的关系模型。进行板中微裂纹非线性兰姆波数值仿真，研究不同长度和宽度的微裂纹对兰姆波二次

2、谐波非线性效应的影响。结果表明，随着微裂纹长度增加，二次谐波幅值呈增加趋势；随着微裂纹宽度增加，二次谐波幅值呈减小趋势。在以上研究基础上，进行板中微裂纹非线性兰姆波检测试验研究。结果表明，通过测量结构的兰姆波二次谐波非线性系数，可用于结构中微裂纹检测与定量评价。研究工作为板中微裂纹定量检测做了有益探索。关键词：微裂纹；非线性兰姆波；无损检测；二次谐波；赫兹接触理论中图分类号：TGl56NonlinearLambWaVeSecondHarmonicrI’echniqueforMicro—crackDetectioninPlatesBasedonTheoryofHertzStressJI

3、AOJingpinMENGXian由iLOHon垂aoWUBinHECun血(CollegeofMechanicalEngineeringandApplicationE1ec仃onicsTecllllolo跚BeijinguniVers时ofTecllllology，Beijing100124)Abstract：Forthemetalplatestnlctureinmicrocrackdetectionproblem，thethesisofthesecondh珊如onicofthen锄1inearLambwavedetectionmemodresearchbasedon．First，

4、theboardinthesecondh蛐onicnonlinearL锄bwavetheoryisusedtostudy，analysestheinfluenceofmemicrocrackwidthand1en毋hofsecondhannonicexci诅tione所ciency’a11d山．ou曲thenumericalsinIIllationofnonlineareffbctofdi丘．erentlengthandwidthofthemicrocmckandmeL砌bwaveimeraction．Theresultsshowthatwitllmeincreaseofrnicmc

5、rack1en毋h，thet、)lroh锄onicamplitudeincreasesandmetwoh锄onic锄plitlldedecreaseswimtheincreaseofthemicrocrackwidth．Basedontheaboveresearch，theplatecrackinnonlinearLambwavedetectionexperimems．TheresultsshowthatbymeasuringstrIJctureofLambwaVesecondh锄onicnonlineari够coe伍cient，forstnlctllreofmicrocrackde

6、tectionandquanti伽veevaluation．Theresearchworl(isause血lexplora瞳ionfort11equantitativedetectionofmicrocmcksinmeplate．Keywords：microcrack：nonlinearLambwave；nondest兀Jctivetesting：secondhannonic；theoryofHertzs仃essO前言作为一种常见的结构形式，金属板结构因具有良好的成形性与可焊接性，而广泛应用于各类重大基础设施中，如船舶壳体、列车车身、飞机舱门、储罐外壳等。在运行过程中，这些金属板结构

7、要承+国家自然科学基金(115720lO，11272017)和国家重点研发计划(2016YFF一0203002)资助项目。20161207收到初稿，20170419收到修改稿受介质、温度和循环载荷的共同作用，易产生腐蚀开裂和疲劳等微裂纹缺陷。这些微裂纹危害性很大，即使很小的疲劳裂纹，也可能会迅速扩展而导致结构突然断裂，引发灾难性事故。因此，有必要开展板结构早期疲劳裂纹损伤检测方法的研究。兰姆波技术因其传播距离长、检测效率高等优势，而广泛应用于板类结构的缺陷