免费论文：非线性超声检测与评价技术基础研究与实践

本文研究基于谐波的共线及基于波束混叠的非共线非线性无损检测与评价理论，实践应用共线谐波法与非共线波束混叠法检测并评价金属疲劳缺陷、金属与复合材料弱粘接缺陷及粉末铝基复合材料内部非线性缺陷。首先，研究了超声波在非线性界面及非线性介质中的传播机理。建立了包含线性与非线性界面的多界面系统模型，通过实验验证并校准了界面压力与界面刚度系数的幂指数关系。应用多尺度及微扰技术，建立了非线性介质解析模型；应用刚度-阻尼原理建立非线性介质数值模型；利用实验验证了解析与数值模型揭示的由于介质阻尼的存在非线性系数随超声波传播距离的增大而先增大后收敛于常数的规律；分析了窗函数性质对非线性系数的影响，建立了相对非线性系数间的修正系数。其次，研究了共线谐波非线性无损检测与评价方法关键技术。研究了谐波法全路径非线性实验来源，利用换能器的滤波效应滤除前端设备非线性；研究了发射与接收换能器相对位置、角度及接收换能器耦合压力对测量结果的影响，给出了获得准确测量值的方法；研究了前后端信号处理方法尤其是窗函数性质对非线性系数的影响。再次，针对传统超声方法难以检测的金属疲劳缺陷及金属与复合材料弱粘接缺陷，研究了基于谐波的共线非线性检测与评价方法。分别制备了低周疲劳循环铝合金试样及不同厚度铝合金粘接试样和类复合材料粘接试样，建立了基于谐波的共线非线性无损检测与评价实验系统对试样进行检测，并对多界面系统模型进行了验证。金属疲劳缺陷非线性检测实验表明，非线性系数随疲劳累积而增大；铝合金及类复合材料粘接非线性检测实验表明，随着粘接强度的退化，非线性系数增大。讨论了非线性方法在复合材料层压结构缺陷检测中的应用。最后，研究了基于波束混叠的非共线非线性无损检测方法基础理论，并对铝合金及粉末铝基复合材料的非线性进行了测量。通过对基波波型及频率的分析和理论计算，推导混叠波波型、频率及传播方向等性质，建立非共线非线性检测实验系统，发现了铝合金及粉末铝基复合材料试样内部的波型转换与波束混叠现象。利用非共线方法的空间可达、波型转换及频率方向可控等性质，成功剔除了非线性的实验来源，从实验上证明该方法能够测量试样内部的非线性，具备检测SiCp/Al试样均匀性的潜力。研究工作表明，非线性界面与非线性介质理论模型能够描述声波的非线性传播机理，指导共线谐波法检测参数的确定，解释实验过程中的现象。共线谐波法在合理安排实验、分析考虑各种影响因素后能够用于金属疲劳及金属与复合材料弱粘接缺陷的检测与评价。非共线波束混叠方法能够用于试样内部非线性的测量，是共线非线性方法的重要补充。

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