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《ae第7講-模態(tài)ae》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案模態(tài)聲發(fā)射基本理論耿榮生沈功田*劉時(shí)風(fēng)**（北京航空工程技術(shù)研究中心，北京100076）*（國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局鍋爐壓力容器檢測(cè)研究中心，北京100013）**（清華大學(xué)機(jī)械系，北京100084）摘要論述了薄板中AE信號(hào)波形分析技術(shù)的主要手段-模態(tài)聲發(fā)射技術(shù)的原理，介紹了這一技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞模態(tài)聲發(fā)射（MAE）蘭姆波波形分析信號(hào)處理StudiesonModalAcousticEmissionTheoryGengRongsheng*ShenGongtian**LiuShifeng(BeijingAeronauticalTec
2、hnologyResearchCentre,Beijing100076)*(CentreofBoiler&PressureVesselInspectionandResearch,Beijing100013)**(DepartmentofMechanicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084)AbstractDescriptionshavebeenmadeofthebasictheoryofmodalacousticemission(MAE)forthinplateanditsapplicationpro
3、spectiveforengineering.KeywordsModalAcousticemission(MAE);LambWave;WaveformAnalysis;Signalprocessing1前言蘭姆（Lamb）波在超聲檢測(cè)中一直受到重視并得到廣泛應(yīng)用[1，2]，但很長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，它并未在AE領(lǐng)域獲得應(yīng)用。在超聲檢測(cè)中，由于使用的頻率較高（MHz頻率段），板中可能存在模式較多，人們可以根據(jù)缺陷的性質(zhì)選擇合適的模式以達(dá)到最佳檢測(cè)效果。例如，可通過(guò)改變工作頻率、改變楔塊角度即聲波的入射角，或通過(guò)改變叉指式換能器的間距來(lái)選擇所需模式。選擇合適的模式對(duì)提高
4、檢測(cè)可靠性和缺陷定量分析十分重要。例如，在厚度為2.5mm左右的鋼板中，使用S0模式，缺陷上反射波的幅度與缺陷（在深度方向的）大小成比例，但使用A0模式，雖然也能獲得反射波，反射波的幅度對(duì)缺陷大小并不很敏感。顯然，為獲得更多缺陷信息，應(yīng)當(dāng)使用S0模式，這可以通過(guò)采用30°楔塊、800kHz工作頻率加以實(shí)現(xiàn)[3]。對(duì)于從事AE檢測(cè)的人員來(lái)說(shuō)，由于AE是結(jié)構(gòu)內(nèi)缺陷動(dòng)態(tài)變化過(guò)程產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波，人們無(wú)法做出上述選擇。因此，雖然認(rèn)識(shí)到蘭姆波理論的重要性，但直到1991年，在美國(guó)學(xué)者Gorman發(fā)表了他的“板波聲發(fā)射”論文后[4]，有關(guān)在聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)中使用Lamb
5、波理論的問(wèn)題才逐步引起人們的重視。板波聲發(fā)射（PWAE）后來(lái)又稱為模態(tài)聲發(fā)射（MAE），它是利用蘭姆波理論研究板中AE波的特點(diǎn)，從而將AE波形與特定的物理過(guò)程相聯(lián)系。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2基本理論毫無(wú)疑問(wèn)，蘭姆波的基本理論也適用于AE檢測(cè)，但問(wèn)題在于如何用好這一理論。工程中大量使用板狀結(jié)構(gòu)，例如，飛機(jī)機(jī)翼、隔框、復(fù)合材料舵面（平尾、垂尾和方向舵等）等。對(duì)于圖1所示厚度方向尺寸遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)方向的板而言，相應(yīng)于一定的激勵(lì)條件，在其中主要形成的是板波（Lamb波）。設(shè)波沿x方向傳播，板厚方向?yàn)閦（兩板平面分別為z=-b和z=+b），并設(shè)標(biāo)量勢(shì)為f，矢量勢(shì)為y，
6、并認(rèn)為它們都與坐標(biāo)y無(wú)關(guān)，則f和y滿足方程（1）。+bzx-by圖1板結(jié)構(gòu)坐標(biāo)的示意圖式中，kl和kt分別為相應(yīng)于縱波和切變波的波矢量，而板中任一點(diǎn)的位移矢量V=gradf+roty。再設(shè)f和y都含有ej（kx-wt）項(xiàng)，即它們代表沿x方向傳播的波。一般有[1，2]：+1相應(yīng)于對(duì)稱模式波，-1相應(yīng)于反對(duì)稱模式波。k是波數(shù)(k=w/c)、w是角頻率、c是板波相速度、cl和cs分別為無(wú)限介質(zhì)中縱波速度和橫波速度。由此即可獲得人所共知的板中不同模式Lamb波相速度c（或群速度cg）和頻率-板厚乘積（或波數(shù)-板厚乘積）的關(guān)系曲線，見圖2[4]。它告訴我們，當(dāng)板厚從
7、很薄變到很厚（無(wú)限厚）時(shí)，最低階對(duì)稱波的相速度從ce變?yōu)閏r，而最低階反對(duì)稱波的相速度從cf變?yōu)閏r，cr是表面波速度。在垂線x=1的左邊，即當(dāng)頻率-板厚積小于1時(shí)，僅有最低階模式S0和A0存在，它們分別是零階對(duì)稱波和零階反對(duì)稱波。以上這些論述可以在文獻(xiàn)1、2或一些經(jīng)典教課書中找到。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵是如何將這一理論用到聲發(fā)射檢測(cè)的實(shí)踐中。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案相速度/(1000m/s)頻率-厚度積/MHZ-mm(a)群速度/(1000m/s)頻率-厚度積/MHZ-mm(b)圖2鋼板中不同模式聲波的相速度(a)和和群速度(b)與頻率-厚度乘積的關(guān)系曲線3薄板問(wèn)
8、題以上是對(duì)板中一般問(wèn)題的求解方法。實(shí)際上，就AE檢測(cè)而言，工程中遇
