基于水平剪切压电传感器的SH波激励与接收

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第一章绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 超声检测现状 . 2

1.2.2 SH波检测的现状及发展 3

1.3本文的研究内容 3

第二章理论背景 . 5

2.1超声波相关理论基础 .. 5

2.1.1 超声波的分类 . 5

2.1.2超声波的激励与接收 . 6

2.1.3超声波的反射、折射定律 6

2.2超声波检测原理 8

2.3 SH 波相关理论 . 8

2.3.1 SH波的产生原理 . 8

2.3.2 SH波的声场特性 . 9

2.3.3 SH波的频散曲线 . 9

2.4 压电晶片有源传感器（PWAS） .. 12

第三章相关实验 16

3.1实验流程及器材 .. 16

3.1.1 实验流程 . 16

3.1.2实验器材 . 17

3.2 实验过程 .. 20

3.2.1 SH波波速测定 .. 20

3.2.2 SH波激励/接收实验 22

3.2.3 SH波方向性实验 23

3.3 本章小节 .. 25

第四章有限元模拟 26

4.1 有限元模拟的相关准备 .. 26

4.1.1 模拟使用的软件 . 26

4.1.2 模拟过程 . 26

4.2 模拟结果 .. 28

4.3 本章小节 .. 29

第五章总结 .. 30

致谢 . 31

参考文献 .. 32

第一章绪论 1.1 研究背景及意义随着现代工业快速发展，各种大型设备被快速应用到工业生产当中，各式各样的巨型建筑也逐渐走进我们的生活，而如何来检测这些设备或者建筑的安全质量，成为了一个非常重要的问题。超声波检测作为一种非常有效的无损检测技术，在材料无损检测中应用非常广泛，例如检测评估复合材料粘接程度、钢板中的杂质、暗伤检测、输油气管道的腐蚀程度，甚至高空索道的钢索强度等等。相比较于传统的检测技术，超声检测使用的超声波具有传播距离远、检测方便快捷等特点，在大型构件(如板材、管道、铁轨等)和复合材料的无损检测中具有良好的应用前景[1]。现代超声无损检测使用的SH波多由电磁传感器或者EMAT激发，不过基于压电的传感器产生的SH波会表现出更好的声波。同时，考虑到EMAT需要传导结构，而PWAS 可用于导电金属结构和非导电复合材料（例如，玻璃纤维增强聚合物），且价格相对于低廉。在效能方面，EMAT在检测损伤方面具有可靠性，尤其是磁致伸缩MsS。 SH-PWAS可以作为用于替代例如检测漏孔在翼梁的螺旋波超声常规探头。这项应用不一定只适用于检测漏孔，也可用于紧固件的孔检测源[自-751^`论/文'网·www.751com.cn 。SH-PWAS 可以作为在管道裂缝损伤检测中扭转波的激发器或者接收器，也可以用于检测粘接抗剪刚度。板状物体横截面厚度与波长在同一数量级时，在板内所传播声导波被称为板波，其中包括SH波和兰姆波，SH波的本质是水平偏振的横波，而兰姆波由纵波与垂直偏振的横波合成，每种板波都有独立的频率方程和不同的频散曲线，即相速度与群速度对频率与板厚乘积的关系曲线及质点位移曲线[2]。