超声导波检测技术的研究

【摘要】：超声导波检测技术是一种新型的无损检测技术。利用超声导波技术可以实现对大型金属构件的快速、大范围无损检测,而且能够实现对地下、水下、覆盖物下以及绝缘层下的结构的无损检测。然而,工业管道和板材的外表面常覆盖沥青或者绝缘层,这些衰减材料会引起导波的衰减,导致有效检测距离的大幅减小。因此研究超声导波在有覆盖层的金属板中和金属管道中的传播规律和衰减规律对于提高超声导波检测技术的效率有着重要意义。 本文主要研究双层板中超声导波的传播特性和衰减特性。首先阐述了黏弹性体中的体波的传播规律,然后讨论了双层板中导波的产生原因,分析了SH波和Lamb波的传播特性和衰减规律,并推导了板中SH波和Lamb波的频散方程和衰减规律的表达式。又将板中导波的研究方法推广到管中导波的研究中,分析了管中扭转模式导波的应力场和位移场的分布。最后,利用磁致伸缩原理设计了超声导波检测装置,并进行了在管道中激励和接收超声导波的实验。 研究结果表明,超声导波是由声波导中的横波和纵波在边界处的反射和叠加而形成。根据声波导结构上下表面的自由牵引力条件和双层板交界面处的应力、位移连续条件,可以得出导波的特征方程,通过特征方程的解即可得出导波的频散特性曲线。导波的衰减可以用能量因子来衡量。对于弹性体中的导波,其衰减特性可以利用衰减的零级麦克劳林展开式来近似;对于低衰减性材料,其导波的衰减特性则需一级麦克劳林展开式近似;而对于高衰减性材料,则需要更高阶的麦克劳林展开式近似。