基于谐波和波束混叠理论的非线性超声检测技术研究

摘要

随着材料设计和工艺技术的发展，金属材料及其粘接结构广泛应用于航空航天、汽车、船舶、机械制造等领域。然而受其形成工艺和工作环境的影响，金属材料及其粘接结构容易出现多种早期力学性能退化的缺陷。非线性超声检测技术以其较高的检测灵敏度被应用于材料微观结构和界面粘接强度的检测中。但该技术在机理分析、试验方法研究、信号处理等方面还存在诸多不足。因此，本文的研究对于金属及其粘接结构特性的有效评价以及对非线性超声检测技术的应用推广具有重要的理论意义和实用价值。本文基于谐波理论对钢-钢粘接结构的界面粘接强度进行了检测，基于波束混叠理论检测了钢和LY12铝合金的非线性空间分布，并对检测结果进行了分析和讨论。
　　首先，针对本文检测对象的特征,结合工程实用前景以及两种检测方法的实验原理和实验装置,选择有限幅度法检测界面粘接强度，选取非共线波束混叠法对材料微观结构进行检测。
　　其次，分析了超声波在粘接界面中的非线性产生过程，建立起界面粘接强度与超声非线性效应间的联系。基于Ritec SNAP非线性超声检测系统，测量了试件在不同激励电压下的非线性参数312AAA，结果表明312AAA与试件粘接强度存在单调关系。
　　最后，搭建了非共线波束混叠超声检测平台，比较了钢和LY12铝合金的非共线非线性响应，对具有明显非共线非线性响应的LY12铝合金的非线性空间分布做了进一步研究，采用小波包分解技术对含有噪声的混叠波信号进行了降噪处理。结果表明：（1)LY12铝合金样块比钢样块具有更强烈的非线性响应；（2）小波包分解技术能够有效滤除混叠波中的噪声；（3）非共线波束混叠法具有检测材料内部均匀性的能力。

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第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 非线性超声检测技术的国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容及章节安排

第二章 粘接界面及材料微观结构的非线性超声检测方法

2.1 基于谐波理论的有限幅度法

2.2 基于波束混叠现象的非共线波束混叠法

2.3 粘接界面及材料微观结构非线性超声检测方法的选取

2.4 本章小结

第三章 基于谐波法的粘接强度超声检测技术研究

3.1 试件制备及检测系统构成

3.2 激励信号的选取

3.3 不同粘接强度试件的回波信号

3.4 不同粘接试件非线性声学参数的变化

3.5 本章小结

第四章 基于波束混叠的材料非线性分布超声检测技术研究

4.1 非共线波束混叠实验设计

4.2 钢和LY12铝合金的非共线非线性响应实验

4.3 LY12铝合金试块空间非线性分布检测

4.4 本章小节

第五章 结论与展望

5.1 论文所做的工作

5.2 本论文待解决的问题

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢