[发明专利]一种基于纵向超声导波的玻璃钢芯棒缺陷检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于纵向超声导波的玻璃钢芯棒缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据所需检测玻璃钢芯棒的几何尺寸和材料参数，计算出超声导波在玻璃钢芯棒中传播的群速度频散曲线；根据群速度频散曲线确定超声导波的模态、频率和周期数，用于编程调制并得到激励信号；

S2、通过函数信号发生器读取激励信号，并通过功率放大器对激励信号进行放大后连接至玻璃钢芯棒激励端的压电片上，以此来产生芯棒缺陷的超声导波；

S3、玻璃钢芯棒接收端的压电片接收超声导波信号，并将玻璃钢芯棒接收端连接至数字示波器，所述数字示波器用于显示超声导波的波形特征；

S4、根据数字示波器显示的波形特征，判断玻璃钢芯棒是否存在缺陷以及缺陷的具体位置和大小。

2.根据权利要求1所述的一种基于纵向超声导波的玻璃钢芯棒缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述几何尺寸包括玻璃钢芯棒的直径，所述材料参数包括密度、弹性模量以及泊松比；

所述计算出超声导波在玻璃钢芯棒中传播的群速度频散曲线，具体为：

将玻璃钢芯棒视为单层杆类构件，求解超声导波的群速度频散曲线时，将芯棒的几何尺寸和材料参数代入单层杆类的纵向模态的频率方程中计算，其频率方程如下：

$\frac{2\mathrm{\α}}{d}({\mathrm{\β}}^2+k^2)J_1\left(\mathrm{\α}d\right)J_1\left(\mathrm{\β}d\right)-{({\mathrm{\β}}^2-k^2)}^2{J}_0\left(\mathrm{\α}d\right)J_1\left(\mathrm{\β}d\right)-4k^2{\mathrm{\α\βJ}}_1\left(\mathrm{\α}d\right)J_0\left(\mathrm{\β}d\right)=0$

式中，d为芯棒的直径，J为Beseel函数；α、β与k分别满足如下关系式：

${\mathrm{\α}}^2=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{C_L^2}-k^2$

${\mathrm{\β}}^2=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{C_T^2}-k^2$

$k=\frac{\mathrm{\ω}}{C_p}=\frac{2\mathrm{\π}f}{C_p}$

其中，C_L、C_T分别为玻璃钢芯棒的纵波波速和横波波速，所述纵波波速和横波波速均由玻璃钢芯棒的材料参数决定；ω为圆频率；利用上述各式进行数值求解即得到C_p与f的关系，再利用C_p和C_g的关系得到C_g与f的关系，C_g与f的关系即为群速度频散曲线；C_p和C_g的关系如下：

$C_g=\frac{C_p^2}{C_p-\left(fd\right)\frac{{\mathrm{dC}}_p}{d\left(fd\right)}}.$