板状结构中超声Lamb波频散特性研究及其探头研制

摘要

储罐是石油化工企业中广泛使用的设备，由于储罐底板受其所处环境的影响易产生腐蚀而造成罐底板强度下降甚至穿孔泄漏，因此，准确地检测储罐底板的质量，对设备的安全稳定运行是十分必要的。超声Lamb波是超声导波的一种形式，在检测板状材料的缺陷时具有敏锐、经济的特点，是对板状结构损伤检测的有效手段之一。为了有效地利用超声Lamb波对各种储罐底板进行结构检测，本文由频散方程绘制出不同材料储罐底板的频散曲线并分析其频散特性，设计了一种Lamb波检测探头，并对探头基本性能进行了测试。主要研究内容如下:
　　1)综述了国内外Lamb波检测技术发展现状，列举了国内外超声波检测仪器的主要产品，并分别介绍其功能和特点。
　　2)根据Rayleigh-Lamb方程，求解无限大板中Lamb波的频散益线，再利用Matlab软件绘制出Lamb波在不同材料储罐底板中的相速度和群速度曲线，并进行了对比分析。通过对不同材料频散特性的分析与比较，选取每种材料在实际检测中可选的模态及频厚积范围。
　　3)根据Lamb波的特点选取斜探头，并针对探头的压电晶片、阻尼块、斜楔及吸声材料分别选取合适的材料，然后依据被检测材料的频散特性，分别计算出晶片大小和斜楔角度，最终将设计的探头交由厂家完成制作。
　　4)利用超声检测仪、高频信号发生器、高频毫伏表和试块等仪器设备，对探头的等效阻抗、入射点、折射角（K值）、灵敏度余量以及分辨率进行测试，制作了DAC曲线。测试结果表明各项技术指标满足设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题来源及主要研究内容

第2章 板状结构中超声Lamb波频散特性研究

2．1 超声Lamb波的传播特性及特征方程

2．1．1 超声Lamb波的传播特性

2．1．2 超声Lamb波的特征方程

2．2 频散特性方程求解

2．2．1 相速度求解

2．2．2 群速度求解

2．3 Matlab频散曲线绘制及模态选择

2．4 不同材料储罐底板的频散曲线分析

2．4．1 S0模态相速度频散特性分析

2．4．2 A0模态相速度频散特性分析

2．5 本章小结

第3章 Lamb波探头设计

3．1 探头类型选择

3．1．1 探头的分类

3．1．2 探头结构设计

3．2 振动模态与工作频率选择

3．3 压电元件选择

3．4 斜楔选择

3．5 阻尼块吸声材料选择

3．6 探头外形设计

3．7 本章小结

第4章 Lamb波探头性能测试

4．1 测试装置

4．1．1 超声检测仪

4．1．2 高频信号发生器

4．1．3 高频毫伏表

4．1．3 标准试块

4．2 等效阻抗测试

4．2．1 测试方法

4．2．2 测试结果

4．3 入射点和前沿距离测试

4．3．1 测试方法

4．3．2 测试结果

4．4 折射角版值测试

4．4．1 测试方法

4．4．2 测试结果

4．5 灵敏度余量测试

4．5．1 测试方法

4．5．2 测试结果

4．6 分辨力测试

4．6．1 测试方法

4．6．2 测试结果

4．7 制作DAC曲线

4．7．1 DAC曲线

4．7．2 DAC曲线制作

4．8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢