基于振動(dòng)聲調(diào)制的金屬微裂紋定位方法研究.pdf

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1、第３８卷第６期儀器儀表學(xué)報(bào)Ｖｏｌ３８Ｎｏ６２０１７年６月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＪｕｎ．２０１７基于振動(dòng)聲調(diào)制的金屬微裂紋定位方法研究鄭慧峰，呼劉晨，方漂漂，王月兵，蔣劍（中國(guó)計(jì)量大學(xué)精密測(cè)試與控制研究所杭州３１００１８）摘要：針對(duì)傳統(tǒng)線性超聲檢測(cè)無(wú)法檢測(cè)閉合微裂紋的問(wèn)題，搭建了鋁板的微裂紋振動(dòng)聲調(diào)制（ＶＡＭ）檢測(cè)系統(tǒng)，提取檢測(cè)信號(hào)中的一階旁瓣非線性信號(hào)和只濾除基波的全部非線性信號(hào)并對(duì)其時(shí)域反轉(zhuǎn)，在ＡＢＡＱＵＳ有限元軟件下，將其加載在鋁板的無(wú)損模型上實(shí)現(xiàn)時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦，獲取鋁板模型能量分布云圖和各質(zhì)點(diǎn)的位

2、移信息，以此對(duì)微裂紋進(jìn)行定位。結(jié)果表明，在時(shí)反信號(hào)的聚焦時(shí)刻原裂紋位置處有較強(qiáng)能量聚焦，只濾除基波的全部非線性信號(hào)聚焦效果優(yōu)于一階旁瓣非線性信號(hào)，振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)與時(shí)間反轉(zhuǎn)方法結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微裂紋的檢測(cè)和定位。關(guān)鍵詞：振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)；非線性超聲；有限元仿真；時(shí)間反轉(zhuǎn)中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＨ８７ＴＢ５２３文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類(lèi)代碼：４６０．４０ＭｅｔａｌｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｖｉｂｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＺｈｅｎｇＨｕｉｆｅｎｇ，ＨｕＬｉｕｃｈｅｎ，ＦａｎｇＰｉａｏｐｉａｏ，ＷａｎｇＹｕｅｂｉｎｇ，Ｊ

3、ｉａｎｇＪｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｕｎａｂｌｅｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｃｌｏｓｅｄｍｉｃｒｏｃｒａｃｋ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｖｉｂｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＶＡＭ）ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｕｓｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍＶＡＭｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅ

4、ｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｓｉｄｅｂａｎｄａｎｄｗｈｏｌｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｉｇｎａｌｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｏｎａｌｕｍｉｎｕｍｐｌａｔｅｃｏｎｔａｉｎｅｄｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ，ａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｄｉｎｔｈｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｓｉｇｎａｌｓａｒｅｌｏａｄｅｄｉｎｔｏａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂｕｉｌｔｂｙＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｃｌｏｕｄｉｍａｇｅａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｌｏｃａｔｉ

5、ｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｓｔｒｏｎｇｅｒｅｎｅｒｇｙｆｏｃｕｓｉｎｇａｒｏｕｎｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｒａｃｋｌｏｃａｔｉｏｎａｔｆｏｃｕｓｉｎｇｔｉｍｅｏｆｔｈｅｒｅｖｅｒｓａｌｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｗｈｏｌｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｉｇｎａｌｓｈａｓｂｅｔｔｅｒｆｏｃｕｓｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｈａｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｏｎｌｙｃｏｎｔａｉｎｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｓｉｄｅｂａｎｄ．ＴｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＶＡＭａｎｄｔｉｍｅｒｅｖｅｒｓａｌ（Ｔ

6、Ｒ）ｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｃｒａｃｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＶＡＭ）；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｉｍｅｒｅｖｅｒｓａｌ［４５］信號(hào)來(lái)檢測(cè)損傷的存在。根據(jù)惠更斯原理，損傷處即１引言為非線性信號(hào)的聲源，因此可以采用具有自聚焦特性的時(shí)間反轉(zhuǎn)法使得振動(dòng)聲調(diào)制檢測(cè)信號(hào)中的非線性信號(hào)聚振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)對(duì)早期結(jié)構(gòu)的塑性變形和閉合裂紋焦于損傷位置。［６］靈敏度高，且受系統(tǒng)非線性影響小，與

7、傳統(tǒng)線性超聲相比ＳｕｔｎｉＡ．Ｍ．等人利用非線性聲波時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦原［１］具有明顯優(yōu)勢(shì)。但目前對(duì)振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)的研究還多理對(duì)有缺陷的玻璃體進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)高次諧波的時(shí)限于調(diào)制信號(hào)的影響因素，損傷的定量表征等方面［２３］，［７］間反轉(zhuǎn)信號(hào)聚焦于裂紋位置處；ＵｌｒｉｃｈＴ．Ｊ．等人和Ｂａｓ較少涉及損傷的定位研究。［８］Ｐ．Ｙ．Ｊ．等人對(duì)一塊含有裂紋的試件進(jìn)行振動(dòng)聲調(diào)制振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)是利用低頻（ω１）和高頻信號(hào)時(shí)反試驗(yàn)，用壓電陶瓷片激勵(lì)和接收聲波，激光測(cè)振儀獲（ω２）在損傷處相互調(diào)制，產(chǎn)生旁瓣（ω２±ｎω１）非線性取時(shí)間反轉(zhuǎn)聲波在試件表面的分布情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)時(shí)

8、反收稿日期：２０１７０１ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１７０１