[发明专利]基于超声兰姆波和时间反转理论的薄板裂纹深度分析方法

摘要

本发明公开了基于超声兰姆波和时间反转理论的薄板裂纹深度分析方法，方法包括：选取具有裂纹的薄板，在其激励点A处激发单一模态的兰姆波I_A(t)；采用分段法获得接收点B接收到的多模态时域信号，通过时间反转方法得到在A点的重构信号I′_A(t)，计算出重构信号I′_A(t)与激励信号I_A(t)的波性损伤指数DI；选择含有不同裂纹深度L的薄板重复以上过程得到对应的波形损伤指数DI，通过最小二乘法进行数据拟合，得出裂纹深度L与波形损伤指数DI的关系式；当检测含有未知深度裂纹的薄板时，先检测得到其DI值，来确定裂纹深度L。本发明采用分段计算的方法有效地解决了Lamb波在含缺陷板材的传播问题；采用时间反转理论重构信号波形，解决了由于长距离传输导致接收点处多模态问题及无法识别的问题。

主权项

1.基于超声兰姆波和时间反转理论的薄板裂纹深度分析方法，其特征是，包括以下步骤：步骤S1，选取具有裂纹的薄板，此裂纹与板面垂直且深度已知，在其激励点A处激发单一模态的兰姆波I_A(t)；步骤S2，采用分段法获得接收点B接收到的多模态时域信号，其具体过程为：将兰姆波从激励点A处到接收点B处的传播路径划分为m条沿着不同的传播路径r_m进行传播，并将每条传播路径沿裂纹处分为两段，点A到裂纹处为前半段路径；裂纹到接收点B为后半段路径；通过两个半段路径的传递函数相乘获得一条传播路径的传递函数，在B点接收到的波形可视为不同传播路径的波形叠加，进而获得所有路径的传递函数；基于激励信号I_A(t)和传递函数获得接收点B接收的多模态频域信号I_B(ω)，经傅里叶逆变换得到B点接收到的多模态时域信号I_B(t)；步骤S3，通过时间反转方法得到在A点的重构信号I′_A(t)，根据重构信号I′_A(t)与激励信号I_A(t)计算出其波性损伤指数DI；步骤S4，选择含有不同裂纹深度L的薄板重复步骤S1到S3得到对应的波形损伤指数DI，通过最小二乘法进行数据拟合，得出裂纹深度L与波形损伤指数DI的关系式；步骤S5，当检测含有未知深度裂纹的薄板时，通过步骤S1至S3检测得到其对应的DI值，根据步骤S4中获得的裂纹深度L与波形损伤指数DI的关系式，来确定裂纹深度L；步骤S2中从A点到B点的传递函数的计算过程包括：当含有裂纹时将传播路径划分为m条不考虑包含裂纹处的路径，每条传播路径均可以利用下式进行运算，其中，A[k(ω),ω]称为波形传递函数N(r,ω)的频率响应函数，k(ω)为ω对应的波数，k₁表示模态的波数，为第一类零阶Hankel函数，r_i为其中一条传播路径，将每条路径在裂纹处分为两段，r_Ai为激励点A到裂纹的一条传播路径，其传递函数为r_Bi为裂纹到接收点B的一条传播路径，其传递函数为因为每条路径均看作是点与点之间的传播，且接收点同时又可以作为次级波源，可以将两段的传递函数直接相乘可得第i条路径的传递函数为：最后根据惠更斯原理对不同的路径进行叠加可得所有路径的传递函数为：其中，i表示不同传播路径的下标，m为传播路径总数。