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Lamb波在板中缺陷检测的有限元模拟和实验研究

董彦磊  
【摘要】:超声Lamb波检测技术是薄板结构检测一种较为先进的无损检测技术,其在石化、航空、电力、核能等领域具有显著的优点和作用,且创造了很大的社会效益及经济效益。但是由于Lamb波的频散特性,限制了其应用到实际工业生产中,为了确定参数和模态分析,本文对Lamb波在板中的传播特性,频散曲线及其缺陷检测做了研究,并与实验结果进行对比,具体工作如下: 首先,对Lamb波检测的国内外现状做了阐述。介绍了Lamb波的理论,主要从Lamb波的波动方程,相速度和群速度的定义及其关系,并绘制了相速度和群速度的频散曲线,通过研究Raleigh-Lamb方程,利用MATLAB对频率方程进行数值模拟,直观观察Lamb波在板中传播随频厚积变化,群速度和相速度的频散现象。 其次,对ABAQUS数值模拟板中Lamb波的传播的基本过程做了阐述,给出了有限元分析的流程图,针对板中Lamb波传播的有限元仿真,对各步骤的内容做了简单的阐述,特别是激励选择问题,选择汉宁窗信号能有效地提高仿真结果的辨识度,为后面数值模拟结论分析做准备。 然后,通过二维有限元建模,首先对Lamb波在板中传播数值模拟的具体参数确定做了详细的阐述,主要包括网格划分长度和时间步长确定等作了介绍。对Lamb波的频散现象做出了分析,主要分析了1MHz-mm左右频厚积范围的仿真结果,分析频散现象之后的A0模态和S0模态,并对有限元仿真的结果中A0模态和S0模态的群速度和相速度大小进行计算,与MATLAB数值模拟的结果进行对比,验证有限元仿真的准确性,接着对有缺陷的板材结构进行有限元仿真,分别对有缺陷和无缺陷模型进行对比,分析缺陷对有限元仿真结果的影响,利用Lamb波在板中传播遇到缺陷的反射回波确定缺陷位置,并对不同缺陷深度的铝板的有限元仿真结果进行对比。 最后对板中Lamb波传播进行实验研究,分别对有缺陷和无缺陷的板进行Lamb波损伤检测实验,分析实验结果各个不同模态,并与有限元仿真结果进行对比。确定有限元仿真对实验结果的指导作用。


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