厚度变化板中导波的研究

摘要

导波因其检测效率大大的高于传统的体波检测而备受广大研究人员的关注。但由于人们对导波的传播机理尤其是遇到缺陷后导波散射行为认识的还不足，使得导波无损检测技术并未得到充分应用。针对这一现状，本文在导波与厚度变化的波导的相互作用方面做了理论分析和实验验证，使兰姆波检测更易于实际应用。曾被用于分析Lamb波在缺陷处散射情况的混合边界元法给我们提供了一种很好的用于处理导波在波导厚度变化情况下的复杂的模式转换现象的数值求解工具。在本论文中，针对某一模式导波入射的情况，利用混合边界元模型计算了在各种散射体情况下(如台阶状或斜面型)的反射与透射情况。通过计算散射区域的反射系数和透射系数与各种入射模式、入射频率以及散射体形状变化时的关系，研究了在单一模式导波入射时导波与散射体的相互作用。在实验上研究了板中的阶梯状和斜面型的不连续引起的模式转换现象。并将S0模式入射时的实验结果与利用混合边界元方法从理论上求出的反射系数与透射系数作了比较。本论文中的结果可以用来提高大量实际的无损检测工程中的检测灵敏度与能量的穿透能力，尤其是在那些发生了厚度变化波导中的。关键词：导波，混合边界元法，散射，模式转换，二维傅立叶变换

目录

文摘

英文文摘

第一章 兰姆波简介

1.1导波简介

1.1.1超声无损检测中导波的若干特征

1.1.2板中SH模式导波

1.1.3兰姆波

1.1.4圆棒中的导波

1.2兰姆波

1.2.1兰姆波简介

1.2.2基本方程及频散曲线

1.2.3兰姆波分类

1.2.4兰姆波本征模式函数

1.3本章小结

第二章 混合边界元法

2.1边界元简介

2.1.1概述

2.1.2边界元法的发展

2.1.3边界元法与有限元法的比较

2.1.4兰姆波散射问题中的数值分析方法

2.2频域中的边界元法

2.2.1频域中的弹性动力学边界积分方程

2.2.2频域中的弹性动力学边界元基本解

2.2.3边界积分方程的离散化与求解

2.2.4系数矩阵中各元素的求法

2.3混合边界元模型的建立

2.4本章小结

第三章 理论计算结果

3.1导言

3.2混合边界元中L的选择

3.3台阶型板的反射系数和透射系数

3.3.1台阶型板的反射系数和透射系数

3.3.2取d1＝0.5mm，d2变化时的计算结果

3.3.3取d1=1.0mm，d2变化时的计算结果

3.3.4取d1=1.5mm，d2变化时的计算结果

3.3.5取d1=2.0mm，d2变化时的计算结果

3.4斜面型板的反射系数和透射系数

3.4.1斜面型板的反射系数和透射系数

3.4.2取三种不同的倾斜角，反射系数与透射系数随入射频率f的变化情况

3.4.3在三种不同的入射频率情况下，倾斜角θ变化时反射系数与透射系数的变化情况

3.5本章小结

第四章 实验结果

4.1导言

4.2实验原理

4.2.1实验装置及试样

4.2.2发射探头的入射角度

4.2.3群速度

4.3信号处理原理

4.3.1概述

4.3.2二维傅立叶变换

4.4实验结果

4.4.1模式转换现象

4.4.2透射系数比较

4.5本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献