基于非线性Lamb波的板状结构微裂缝识别机理与算法

摘要

为了研究复合板微小剥离损伤诱发二次谐波机理,提出一种基于超声Lamb波非线性系数的水平向微裂缝识别方法。通过薄板结构的一维波动方程,推导并阐述了非线性系数的概念;采用有限元数值分析法,研究了基于二次谐波的损伤识别原理,并对复合板微裂缝的宽度、长度和激励信号的幅值、频厚积等参数对超声Lamb波非线性系数β的影响进行模拟分析,通过试验验证了模拟结果的正确性。结果表明:随着微裂纹宽度增加,非线性系数呈非线性减小;随着微裂纹长度增加,非线性系数值先增加后减小;随着外部激励幅值的增加,非线性系数值基本不变;随着频厚积的增加,非线性系数值在结构自振频率对应的频厚积处呈现最大值;利用非线性系数β能够有效表征非线性应力波与微损伤几何特征之间的关系;基于超声Lamb波非线性系数的水平向微裂缝识别方法是可行的。