[發明專利]基于超聲蘭姆波和時間反轉理論的薄板裂紋深度分析方法

有效

• 申請號: 201710278140.9
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107045017B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 郭業才;馬偉偉;王超
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01N29/44
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了基于超聲蘭姆波和時間反轉理論的薄板裂紋深度分析方法，方法包括：選取具有裂紋的薄板，在其激勵點A處激發單一模態的蘭姆波I_A(t)；采用分段法獲得接收點B接收到的多模態時域信號，通過時間反轉方法得到在A點的重構信號I′_A(t)，計算出重構信號I′_A(t)與激勵信號I_A(t)的波性損傷指數DI；選擇含有不同裂紋深度L的薄板重復以上過程得到對應的波形損傷指數DI，通過最小二乘法進行數據擬合，得出裂紋深度L與波形損傷指數DI的關系式；當檢測含有未知深度裂紋的薄板時，先檢測得到其DI值，來確定裂紋深度L。本發明采用分段計算的方法有效地解決了Lamb波在含缺陷板材的傳播問題；采用時間反轉理論重構信號波形，解決了由于長距離傳輸導致接收點處多模態問題及無法識別的問題。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，具體涉及基于超聲蘭姆波和時間反轉理論的薄板裂紋深度分析方法。

背景技術

隨著材料科學和機械化制造業的高速發展，板材在航空工業、汽車工業、船舶工業以及壓力鍋爐和大型化工容器等方面均有廣泛的應用，具體應用介紹可參見文獻：HanhuiXu,Chunguang Xu,Shiyuan Zhou,Study of Lamb Wave Propagation in Plate for UNDEby 2-D FEM Model[J].IEE,2010:556-559。但是，由于板件在成型和使用過程中所產生的裂紋都會對制件的使用安全造成威脅，因此對材料進行快速、全面的質量安全檢測是不可缺少的環節(見文獻：Percival W.J,E.A.Birt.Insight:Non-Destructive Testing andCondition Monitoring[J],1997:728-735.)。

目前的研究已經可以通過正交匹配追蹤算法和成像理論相結合的方法，實現對薄板中通孔的成像。張海燕等用解析法求解薄板中盲孔缺陷對于零階對稱Lamb波模式的散射，為盲孔缺陷的研究提供了理論指導(見文獻：張海燕,孫修立,曹亞萍,陳先華,于建波.基于時間反轉方法的聚焦Lamb波結構損傷成像[J].物理學報,2010,10:7111-7119.)。Lamb波在薄板中的傳播都采用明德林板理論進行對波場的解析，有已知的入射波場解析出散射波場(見文獻：Xu K,Ta D.Su Z,et al.Transmission analysis of ultrasonic Lambmode conversion in a plate with partial-thickness notch[J].Ultrasonics,2014,54(1):395-401.)。張宇等采用了短時傅里葉變換對鋁板Lamb波檢測信號進行了模式識別，可識別出時域中混疊的缺陷Lamb波信號。(見文獻：張宇,黃松嶺,趙偉,王珅.基于STFT的金屬板缺陷Lamb波檢測信號模式識別[J].電測與儀表,2015,04:19-23.)。但是Lamb波傳播過程中還會產生頻散現象使得得到的波形和原始激勵波形有很大的差別，所以很難提取出接收波形的有效信息。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供了基于超聲蘭姆波和時間反轉理論的薄板裂紋深度分析方法，采用分段計算的方法有效的解決了Lamb波在含缺陷板材的傳播分析，解決Lamb波在板材缺陷處無法傳播及信號波形扭曲、頻散形成的多模態特性導致接收信號難以識別的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了基于超聲蘭姆波和時間反轉理論的薄板裂紋深度分析方法，包括以下步驟：

步驟S1，選取具有裂紋的薄板，此裂紋與板面垂直且深度已知，在其激勵點A處激發單一模態的蘭姆波I_A(t)；

步驟S2，采用分段法獲得接收點B接收到的多模態時域信號，其具體過程為：