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摘要超声Lamb波是厚度和超声波波长在相同数量级的的波导中由纵波和横波多次反射叠加产生的合成波。Lamb波由于其传播距离远，对缺陷敏感等特点被广泛的应用在无损检测中。但同时由于其多模式以及频散等特性，大大增加了Lamb波无损检测应用的难度。仿真数值模拟作为一种有效的分析方法，可以对Lamb波金属薄板缺陷的检测提供参考。本文利用COMSOL有限元模型模拟了在1.5mm厚铝板表面激发Lamb波检测表面缺陷的过程。可以通过接收信号的回波估算缺陷位置。时频分析结果显示，薄板中传播的Lamb波主要为A0模式,带有少量S0模式。33409
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关键词 激光超声 Lamb波 缺陷检测 有限元模拟
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Simulation of laser ultrasonic Lamb wave detection in thin plate with notch
Abstract
The ultrasonic Lamb wave is a synthetic wave generated by the wave and transverse wave multipling times in the waveguide with the thickness and ultrasonic wavelength in the same number of magnitude.Lamb wave is widely used in nondestructive detection because of its distance from propagation distance. However, the multi-mode and frequency dispersion greatly increase the difficulty of the application of Lamb wave nondestructive detection. The simulation, as an effective analysis method,can provide a reference for the detection of the metal thin plate defects of Lamb wave. In this paper, a thin aluminum plate with 1.5mm thickness is established by using the finite element software COMSOL, and the process of excitation of Lamb wave on the plate surface and Lamb wave detection is simulated. It can estimate the defect position by the echo signal. The time frequency analysis results show that the Lamb wave propagating in thin plate is mainly A0 mode with a small S0 mode.
Keywords Laser ultrasound Lamb wave Defect detection Finite element simulation
目 次
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2 薄板Lamb波无损检测概况以及国内外研究现状 2
1.3 本文主要内容 4
2 Lamb波的基础理论 5
2.1 Lamb波概述 5
2.2 Lamb波的传播特性 6
2.3 激光超声检测信号的产生 8
2.4 本章小结 9
3 Lamb波缺陷检测原理 10
3.1 Lamb波的检测模式 10
3.2 Lamb波检测中的信号处理 10
3.3 本章小结 11
4 利用COMSOL有限元软件的脉冲激光激发Lamb波的仿真 12
4.1 几何模型的构建 12
4.2 载荷与边界条件的设置 13
4.3 网格划分与求解 14
4.4 本章小结 14
5 仿真接收信号处理与分析 15
5.1 信号滤波 15
5.2 时频分析 16
5.3 本章小结 17
结 论 18
致 谢 19
参考文献20
1绪论
1.1 引言
在近现代生活中，基础板状结构体的金属材料的应用范围几乎涵盖了所有重要工业，如汽车与船舶的加工制造，化工工业，航空航天工业，以及建筑工业等。不可避免的是，这些板状金属材料在加工过程中会伴随产生某些缺陷，如分层、夹杂、小孔、裂纹等，薄板件在使用过程中，外部加载和环境变化等可能加深缺陷严重程度。最后加工成型的薄板件需通过无损检测来确定其安全性能；而对使用中的装备器械的薄板部件，通过定期性无损检测可以预防安全事故。超声波碰到杂质或介质分界面有显著的反射，所以可以用来探测材料结构表面和内部的缺陷。超声波探伤的优点是不伤损检测对象，而且由于穿透性强，可以探测大规模的材料，如用于探测万吨水压机的主轴和横梁等。对于超声波的激发，在1963年R.M.White就提出可以利用电子束、激光等激发方式[1]，现阶段的技术已经达到可以用任何一种已经发现的辐射来激发超声波。