[發明專利]利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法

有效

• 申請號: 202010152333.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111272882B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 耿海泉;鄒剛;孫強;王哲;章明浩
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍航空大學青島校區
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 徐艷艷

1.一種利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，含有以下步驟：

分別計算自由波導部和散射特征部中導波模態波結構；

利用模態置信準則計算自由波導部導波模態波結構和散射特征部導波模態波結構間的匹配系數，用匹配系數表征完好散射特征部導波反射系數，并繪制該導波反射系數隨頻率變化曲線，進而得到第一頻率響應；采用R_MAC表示完好散射特征部導波反射系數，通過公式(2)計算得到，公式(2)表示為：

R_MAC＝1-MAC_sum-MAC_mc???????????????(2)

式中，MAC_sum為自由波導部中某一模態波結構與散射特征部中各模態波結構匹配系數之和；MAC_mc為自由波導部中某一模態波結構與散射特征部產生的模態轉換模態匹配系數之和，表示該模態遇到散射特征部而反射的模態轉換模態部分；

計算不同中心頻率時檢測信號中散射特征導波反射系數，并繪制該導波反射系數隨頻率變化曲線，得到第二頻率響應；

通過對比第一響應頻率與第二響應頻率，判斷檢測的散射特征部中是否存在缺陷；判斷檢測的散射特征部中是否存在缺陷的具體步驟為：對比第一響應頻率與第二響應頻率，若兩者之間的直線角度相差≤15度則散射特征部無缺陷，若兩者之間的直線角度相差15度則散射特征部有缺陷；

所述第一響應頻率為完好散射特征部導波反射系數隨頻率變化曲線的用最小二乘法線性擬合直線的斜率，所述第二響應頻率為檢測信號中散射特征部導波反射系數隨頻率變化曲線的用最小二乘法線性擬合直線的斜率。

2.如權利要求1所述的利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，采用半解析有限元方法根據待測結構的尺寸及材料參數計算自由波導部和散射特征部中導波模態波結構，通過公式(1)利用模態置信準則計算上述兩種導波模態波結構間的匹配系數，公式(1)表示為：

式中，ρ(·)表示匹配系數，m表示導波模態，MAC(·)表示模態置信準則，A_i表示自由波導部波導區域的i模態，B_j表示散射特征部波導區域的j模態，ψ_i表示自由波導部i模態導波波結構振型向量，ψ_j表示散射特征部j模態導波波結構振型向量。

3.如權利要求1或2所述的利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，所述自由波導部為波導截面積恒定、波導軸向方向上材料性質不變、波導軸向方向上邊界條件不變、波阻抗不變的結構體。

4.如權利要求3所述的利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，所述散射特征部為波導截面積恒定、波導軸向方向上材料性質不變、波導軸向方向上邊界條件不變，但波阻抗與自由波導部不同的結構體。

5.如權利要求4所述的利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，所述散射特征部包括但不限于管道的散射特征管段、板的散射特征部以及桿的散射特征部。

6.如權利要求5所述的利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，所述散射特征部包括但不限于結構彎頭、受支撐結構以及含夾具結構。

7.一種利用超聲導波檢測結構散射特征部缺陷的方法，其特征在于，含有以下步驟：

分別計算自由波導部和散射特征部中導波模態波結構；

利用模態置信準則計算自由波導部導波模態波結構和散射特征部導波模態波結構間的匹配系數，用匹配系數表征完好散射特征部導波反射系數，并繪制該導波反射系數隨頻率變化曲線；采用R_MAC表示完好散射特征部導波反射系數，通過公式(2)計算得到，公式(2)表示為：

R_MAC＝1-MAC_sum-MAC_mc???????????????(2)

式中，MAC_sum為自由波導部中某一模態波結構與散射特征部中各模態波結構匹配系數之和；MAC_mc為自由波導部中某一模態波結構與散射特征部產生的模態轉換模態匹配系數之和，表示該模態遇到散射特征部而反射的模態轉換模態部分；

計算不同中心頻率時檢測信號中散射特征導波反射系數，并繪制該導波反射系數隨頻率變化曲線；

對完好散射特征部導波反射系數隨頻率變化曲線進行線性擬合得到第一響應頻率，對檢測信號中散射特征部導波反射系數隨頻率變化曲線進行線性擬合得到第二響應頻率；

通過對比第一響應頻率與第二響應頻率，判斷檢測的散射特征部中是否存在缺陷；判斷檢測的散射特征部中是否存在缺陷的具體步驟為：對比第一響應頻率與第二響應頻率，若兩者之間的直線角度相差≤15度則散射特征部無缺陷，若兩者之間的直線角度相差15度則散射特征部有缺陷；

所述第一響應頻率為完好散射特征部導波反射系數隨頻率變化曲線的用最小二乘法線性擬合直線的斜率，所述第二響應頻率為檢測信號中散射特征部導波反射系數隨頻率變化曲線的用最小二乘法線性擬合直線的斜率。