[发明专利]板中微裂纹检测用非线性Lamb波混频方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性Lamb波检测方法，特别是一种基于混频效应的非线性Lamb波混频检测方法，用于板中微裂纹检测与评价，属于无损检测领域。

背景技术

板状或类板状(如壳体)金属结构在各类装备中广泛使用，如大型储罐、飞机的机身、机翼和舱门等。在服役过程中，这些板类金属构件在内部因素(如运动部件传递的交变载荷)和环境因素(如腐蚀、温度、外界载荷等)作用下，会逐渐老化，表现为出现不同程度的损伤。在各类损伤中，疲劳裂纹对结构的潜在危害性最大。据统计，80％以上的机械零部件的失效是由疲劳损伤所引起。主要原因在于，疲劳裂纹是一种不稳定性缺陷，在结构运行条件下，即使是很小的裂纹，在交变载荷、温度等因素的影响下，也可能迅速扩展，产生突然断裂，导致灾难性事故的发生。因此，采取有效的手段实现承载板状金属结构疲劳裂纹的早期检测、定位和评估，对于确保重大基础设施的正常运行和人们生命财产安全至关重要。

超声检测中使用的超声波波型有多种，如体波(纵波和横波)、兰姆波、表面波等。对于板类结构检测，现有研究中大多使用兰姆波，因为板结构中传播的超声导波称为兰姆波(LambWave)。由于兰姆波在板中传播时声场遍及整个壁厚，传播距离较长且衰减较小，因此兰姆波广泛应用于板状结构的无损检测。传统兰姆波技术方法利用超声波通过损伤时发生反射、散射以及模态转换等线性特征，可以很好实现板中开口裂纹及腐蚀等较大损失检测，但难以实现板中疲劳微裂纹检测。非线性兰姆波检测技术依据超声波与缺陷相互作用产生的非线性效应对结构损伤情况做出评价，它对于板中的微缺陷(热损伤、疲劳损伤、微裂纹等)表现出很高的敏感性。

非线性超声技术主要关注材料的非线性声学响应，依据检测信号中非激励带宽内其它频率分量的变化实现结构早期损伤检测。根据检测原理，非线性超声检测可分为振动声调制法、非线性谐振法、混频法和谐波法，其中谐波法是目前研究中使用最多的方法，但检测结果受检测仪器及探头本身非线性产生的谐波影响大；振动声调制技术对界面接触状态及闭合裂纹检测具有优势，但该方法需额外向待检测试件上施加低频振动以及有边界非线性影响，检测系统较复杂；而非线性谐振法对检测系统及换能器频带要求较高。混频技术(又称波束混叠技术)基于两列不同频率的波在介质中交互作用特性，实现结构损伤检测。如果介质是连续的，当两列波相遇时，满足线性叠加原理，不会产生新的频率分量；如果介质有不连续性，即存在非线性区域，当两列波在该区域相遇时，将发生相互作用，在频域中会观察到新的频率分量，而且该方法的检测结果不受仪器非线性的干扰。