Lamb波

摘要： 为识别铝合金板孔损伤位置及区域,以Lamb波为研究基础,提出基于魏格纳-威利分布(WVD,WignerVille distribution)和到达时间差值法(ATDM,arrival time difference method)的损伤识别技术。首先,采集实验铝合金板健康和有损模型的Lamb信号,对其差值信号进行WVD分析,准确提取损伤反射信号到达时间;其次,通过ATDM建立各传感器间的距离差值关系,确定孔损伤位置中心并预测最大损伤半径,从而实现对孔损伤关键指标的识别;最后,通过数值模拟进一步验证该方法,结果表明,基于WVD/ATDM的损伤识别技术不仅能准确识别出孔损伤位置,而且能够有效地识别损伤区域面积。

摘要： 针对基于Lamb波的结构损伤检测中波形固定与检测效果不理想的问题,提出基于Kalman滤波的波形选择方法应用于结构损伤信息的获取。首先,结合Lamb波的传播特性和Kalman滤波构建波形选择模型;然后开展有限元仿真模拟,进行ANSYS模拟Lamb波的传播与MATLAB计算最优波形的联合计算;最后在有限元仿真模拟基础上进行实验验证,对基于Kalman滤波的波形选择方法做更进一步的检验。通过仿真模拟与实验研究,验证了基于Kalman滤波的波形选择方法能够提升结构的损伤定位精度。

摘要： 随着我国高速铁路行业的迅速发展,对车辆的安全运营提出了更高的挑战,为了满足高速列车运行参量和关键结构状态实时监测需求,文章介绍了一种可用于高速列车关键结构件疲劳损伤检测的超声导波监测系统。首先对超声导波疲劳损伤检测机理进行了数学分析;然后介绍了监测系统的整体设计思路,以及压电超声传感器、超声导波检测仪等重要组成部分的工作原理及特征参数;最后,通过仿真分析与疲劳加载试验,验证了超声导波损伤监测系统用于关键结构的损伤监测识别的有效性和准确性。

摘要： 通过借鉴认知雷达领域的波形选择技术,结合Lamb波的传播特点,将基于Kalman滤波的波形选择方法应用于结构损伤信息的获取。根据结构的响应信号模型与信号估计理论,推导了测量噪声协方差的克拉美罗下界(Cramer-Rao Low Bound,CRLB),由此分析了信号的时延、幅值估计与波形参数的关系。并且在Kalman滤波的基础上增加波形选择,根据Lamb波的传播特性建立激励信号波形库,以均方误差最小准则作为波形选择的依据,并通过模拟计算检验算法的有效性。

摘要： 对板状结构中Lamb波的频散和多模现象进行了理论分析,采用有限元仿真方法获取了Lamb波与缺陷作用后的回波信号,对信号进行聚焦接收处理,即在一定距离范围内利用导波频散特性对各个模式信号进行频散补偿,提取补偿后信号的幅值,结果表明当所得信号幅值最大时,所对应的补偿距离等于缺陷与换能器之间的实际距离。利用这一结论,提出了以寻找频散补偿后信号的峰值为核心的导波聚焦接收成像算法,在三维模型板中验证了该成像算法的有效性,与基于延时叠加的导波成像算法相比,可以在减少传感器数量的情况下获取高精度缺陷图像。该算法巧妙地利用了Lamb波的频散和模式转换特性对缺陷进行检测与成像,表明了聚焦接收成像法对板状结构缺陷检测的可行性。

摘要： 为研究空气耦合冲击回波法对无砟轨道层间脱空检测的适用性,建立空气-无砟轨道层间脱空有限元模型。首先,基于Lamb波频散理论研究空气耦合冲击回波法检测无砟轨道层间脱空的基本原理;其次,开展室内足尺试验对有限元模型的有效性进行验证;最后,分析激振位置、激振力幅值、作用时间以及信号采集位置等因素对无砟轨道层间脱空检测效果的影响。研究结果表明:使用空气耦合冲击回波法采集的声压信号主要成分为轨道板中S1ZGV模态波的泄露波,其对应的频率为9.655 kHz;声压信号最大值变化区域的出现与峰值频率前移表明存在无砟轨道层间脱空现象;为提高空气耦合冲击回波法对无砟轨道层间脱空的检测效果,建议将激振钢球的直径取为9 mm,声压信号接收点与激振点的垂向距离取为10 mm,并尽可能减少它们之间的横向距离。

摘要： 从仿真角度研究了复合层状板中微损伤与Lamb波相互作用产生的非经典非线性效应。仿真采用Preisach-Mayergoyz(PM)模型描述损伤材料的动力学特征,该模型由大量迟滞单元组成。仿真中,在不同激发条件下双层板中产生了不同的Lamb波模态,结合Lamb波的频散特性,识别其为S_(0)和A_(0)模态,仿真结果表明,两种模态对损伤的检测效果也有差距。仿真还进一步研究了PM模型的尺寸与分布密度对S_(0)模态Lamb非线性的影响,结果表明可以利用Lamb波检测到的非线性效应描述损伤的生长情况和严重程度。

摘要： 针对多层板中缺陷的超声Lamb波检测,计算并分析了钢板-铝板-铜板多层结构的频散曲线以及位移波结构,提出了一种多层板结构中缺陷的检测方法,并进行了数值验证。数值计算表明,采用0.2 MHz的低频Lamb波检测时,多层板中各板层缺陷均产生反射信号;采用1 MHz的高频Lamb波A0模态检测时,只有铜板层中的缺陷产生反射信号,采用S0模态检测时,只有钢板层中的缺陷产生反射信号。因此,根据对多层板频散曲线和波结构的分析结果,可以选择频率与模态合适的Lamb波来实现对多层板中特定板层缺陷的检测。

摘要： 基于主动Lamb波的结构健康监测方法在实际应用中受结构振动、服役环境强噪声等干扰,使得损伤定位不准确。针对上述问题,提出了一种在强噪声背景下基于改进损伤因子的碳纤维复合材料疲劳损伤概率成像方法。本文方法利用局部加权散点平滑(Locally weighted scatterplot smoothing,LOWESS)算法对经希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)后的含噪信号包络进行平滑处理,获得每条传感通道的飞行时间(Time of flight,ToF);然后根据有无损伤情况下的ToF获得改进的损伤因子,并结合损伤概率成像方法实现碳纤维复合材料板内部疲劳损伤定位成像。实验结果表明,在强噪声环境下本文方法能够有效定位结构内部疲劳损伤,提高损伤定位准确性,且本文方法的损伤定位误差较现有损伤概率成像方法误差至少降低了63.7%。

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。

摘要： 表面裂纹是金属结构中的常见缺陷,表面裂纹的扩展会影响钢结构的承载能力和使用寿命.因此,对表面裂纹扩展的监测十分必要.本文利用ABAQUS/Standard静力通用分析对钢板表面裂纹的开裂进行了数值模拟,并利用ABAQUS/Explicit显式动力分析模拟了钢板表面裂纹开裂过程中,lamb波的激励和传播.根据有限元分析获得的数据,计算了表面裂纹开展的各个阶段,lamb波的相对非线性参数.结果表明,当表面裂纹开展至信号传播路径时,lamb波相对非线性参数明显增大.本文还对比了表面裂纹和贯穿型裂纹产生的lamb波相对非线性参数.结果表明,相同能量量级下,贯穿型裂纹产生的相对非线性参数大于表面裂纹.

摘要： 电磁超声换能器作为一种石油管道检测技术正在迅速兴起,具有无需耦合剂、无需对是件表面进行处理等优点,因此被广泛应用在高温、高速等恶劣环境中.文中设计研制了一种洛伦兹力型的lamb波电磁超声换能器,对lamb波的频散特性进行分析,并对电磁超声换能器进行了二维有限元建模和仿真分析.对设计的电磁超声换能器进行激励测试,结果表明,设计的电磁超声换能器具有较好的模态选择性,能在铝板中激励出lamb波.建立电磁超声lamb波换能器二维有限元仿真，对永磁铁和永磁铁的磁通量在边缘处最大，距离边缘处越远磁场逐渐减弱，且在中心处磁场方向垂直向下，边缘处磁场方向接近水平，1mm铝板上下表面的磁通量在边缘处相差较大，远离边缘处相差不大。求解铝板上表面一点处的洛伦兹力密度大小，洛伦兹力密度大小基本成正弦。电磁超声二维有限元模型的建立为研究电磁超声lamb波换能器的优化设计方法奠定理论基础。

摘要： 大型储罐是油库、港口和石油化工企业存储液体原料和中间产品的重要设备.由于储罐壁板具有壁厚呈阶梯状连续变化的结构特征,给在役储罐壁板快速检测造成了困难.超声导波检测技术能实现长距离的快速检测,但主要应用于均匀壁厚的管、板状结构件,对其在变壁厚结构检测方面的研究相对较少.Lamb波是频散的且有很多模式.超声可视化对理解Lamb在阶梯板中的传播特性十分有意义,常见的研究方法有计算机数值仿真法和施利伦或者光弹成像技术.本文通过动态光弹法对阶梯板中对称模式的Lamb的传播进行了成像，通过与计算的理论模式振型比较，分析了阶梯处Lamb的模态转换特性。

摘要： 大型储罐是油库、港口和石油化工企业存储液体原料和中间产品的重要设备.由于储罐壁板具有壁厚呈阶梯状连续变化的结构特征,给在役储罐壁板快速检测造成了困难.超声导波检测技术能实现长距离的快速检测,但主要应用于均匀壁厚的管、板状结构件,对其在变壁厚结构检测方面的研究相对较少.Lamb波是频散的且有很多模式.超声可视化对理解Lamb在阶梯板中的传播特性十分有意义,常见的研究方法有计算机数值仿真法和施利伦或者光弹成像技术.本文通过动态光弹法对阶梯板中对称模式的Lamb的传播进行了成像，通过与计算的理论模式振型比较，分析了阶梯处Lamb的模态转换特性。

摘要： 大型储罐是油库、港口和石油化工企业存储液体原料和中间产品的重要设备.由于储罐壁板具有壁厚呈阶梯状连续变化的结构特征,给在役储罐壁板快速检测造成了困难.超声导波检测技术能实现长距离的快速检测,但主要应用于均匀壁厚的管、板状结构件,对其在变壁厚结构检测方面的研究相对较少.Lamb波是频散的且有很多模式.超声可视化对理解Lamb在阶梯板中的传播特性十分有意义,常见的研究方法有计算机数值仿真法和施利伦或者光弹成像技术.本文通过动态光弹法对阶梯板中对称模式的Lamb的传播进行了成像，通过与计算的理论模式振型比较，分析了阶梯处Lamb的模态转换特性。

摘要： 大型储罐是油库、港口和石油化工企业存储液体原料和中间产品的重要设备.由于储罐壁板具有壁厚呈阶梯状连续变化的结构特征,给在役储罐壁板快速检测造成了困难.超声导波检测技术能实现长距离的快速检测,但主要应用于均匀壁厚的管、板状结构件,对其在变壁厚结构检测方面的研究相对较少.Lamb波是频散的且有很多模式.超声可视化对理解Lamb在阶梯板中的传播特性十分有意义,常见的研究方法有计算机数值仿真法和施利伦或者光弹成像技术.本文通过动态光弹法对阶梯板中对称模式的Lamb的传播进行了成像，通过与计算的理论模式振型比较，分析了阶梯处Lamb的模态转换特性。

摘要： 大型储罐是油库、港口和石油化工企业存储液体原料和中间产品的重要设备.由于储罐壁板具有壁厚呈阶梯状连续变化的结构特征,给在役储罐壁板快速检测造成了困难.超声导波检测技术能实现长距离的快速检测,但主要应用于均匀壁厚的管、板状结构件,对其在变壁厚结构检测方面的研究相对较少.Lamb波是频散的且有很多模式.超声可视化对理解Lamb在阶梯板中的传播特性十分有意义,常见的研究方法有计算机数值仿真法和施利伦或者光弹成像技术.本文通过动态光弹法对阶梯板中对称模式的Lamb的传播进行了成像，通过与计算的理论模式振型比较，分析了阶梯处Lamb的模态转换特性。

摘要： 非线性超声Lamb波检测技术具有灵敏度高,检测速度快的优点,特别适合板状结构早期性能退化、微裂纹的大面积检测.到目前为止,众多学者已就非线性Lamb波的理论、仿真、实验及应用开展了大量的研究工作.然而,目前的研究集中在利用Lamb波二阶谐波作为材料微小损伤的评指标,这种方法仍存在非线性源无法有效区分,局部损伤位置不能确定等问题.

摘要： 非线性超声Lamb波检测技术具有灵敏度高,检测速度快的优点,特别适合板状结构早期性能退化、微裂纹的大面积检测.到目前为止,众多学者已就非线性Lamb波的理论、仿真、实验及应用开展了大量的研究工作.然而,目前的研究集中在利用Lamb波二阶谐波作为材料微小损伤的评指标,这种方法仍存在非线性源无法有效区分,局部损伤位置不能确定等问题.

摘要： 非线性超声Lamb波检测技术具有灵敏度高,检测速度快的优点,特别适合板状结构早期性能退化、微裂纹的大面积检测.到目前为止,众多学者已就非线性Lamb波的理论、仿真、实验及应用开展了大量的研究工作.然而,目前的研究集中在利用Lamb波二阶谐波作为材料微小损伤的评指标,这种方法仍存在非线性源无法有效区分,局部损伤位置不能确定等问题.

摘要： 本发明公布了一种基于Morlet母小波的Lamb波空间采样信号拟合方法，属于工程结构健康监测技术领域。本方法首先设置Morlet母小波的中心频率、采样频率、采样时刻；然后根据Lamb波的激励信号波峰个数构建Lamb波激励仿真信号；其次根据不同频带宽度参数下Morlet母小波拟合波形与Lamb波激励仿真信号的相关系数，求取Morlet母小波的频带宽度参数；最后根据不同尺度因子、位移因子下Morlet小波函数拟合波形与Lamb波空间采样信号的误差平方和，求取Morlet小波函数的拟合参数，此时对应的Morlet小波函数拟合波形即为Lamb波空间采样信号的Morlet小波函数拟合波形。本发明提高了Lamb波空间采样信号的空间分辨率和长度，从而有助于促进空间‑波数域信号处理方法在工程结构健康监测领域的应用。

摘要： 本申请涉及谐振器技术领域，公开一种Lamb波谐振器，包括：第一叉指换能器；第二叉指换能器；压电衬底，用于承载第一叉指换能器和第二叉指换能器，第一叉指换能器和第二叉指换能器对称设置在压电衬底两侧；接地端口，连接第一叉指换能器的第一汇流条和第二叉指换能器的第一汇流条；射频信号输入端口，连接第一叉指换能器的第二汇流条和第二叉指换能器的第二汇流条。由于本方案提供的Lamb波谐振器在具体使用过程中只会形成纵向电场或横向电场，同时由于S模态的声波由纵向电场激励，A模态的声波由横向电场激励，因而Lamb波谐振器在具体使用过程中只会激发一种模态的声波，从而不会产生杂波。本申请还公开一种用于Lamb波谐振器的杂波消除方法及滤波器。

摘要： 本发明公布了一种基于Morlet母小波的Lamb波空间采样信号拟合方法，属于工程结构健康监测技术领域。本方法首先设置Morlet母小波的中心频率、采样频率、采样时刻；然后根据Lamb波的激励信号波峰个数构建Lamb波激励仿真信号；其次根据不同频带宽度参数下Morlet母小波拟合波形与Lamb波激励仿真信号的相关系数，求取Morlet母小波的频带宽度参数；最后根据不同尺度因子、位移因子下Morlet小波函数拟合波形与Lamb波空间采样信号的误差平方和，求取Morlet小波函数的拟合参数，此时对应的Morlet小波函数拟合波形即为Lamb波空间采样信号的Morlet小波函数拟合波形。本发明提高了Lamb波空间采样信号的空间分辨率和长度，从而有助于促进空间‑波数域信号处理方法在工程结构健康监测领域的应用。

摘要： 本发明实施例公开了一种基于超声Lamb波的钢轨焊缝损伤检测方法和装置，其中的方法包括：获取钢轨焊缝损伤的检测信号，并对所述损伤检测信号进行降噪处理；从经过降噪处理后的损伤检测信号获取损伤特征信息；根据损伤特征信息进行损伤特征识别分析，以确定钢轨焊缝是否存在损伤，其中，钢轨焊缝损伤的检测信号通过紧凑阵列传感器获取，所述紧凑阵列传感器包括n个呈相控阵的形式布置的传感器，用于产生激励信号，以及接收目标的响应信号。本发明的方法和装置，基于紧凑阵列的检测方法，通过对两Lamb波信号的合成，可以有效地提取损伤信息进行检测，且占用被测结构的表面积较小，更适用于钢轨焊缝结构的损伤检测。

摘要： 本发明公开了一种超声Lamb波井壁声学界面逆时偏移成像方法，包括：计算理论频散曲线，对原始数据进行相位插值，将原始检波器数据扩充为阵列波形数据；建立目标区域的初始密度、纵波与横波速度模型；对声源波场进行正向外推，保存正向外推波场；反转时间轴，对接收器波场进行逆时外推并保存逆时外推波场；求取正向外推波场与外推波场的包络线；施加零延迟互相关时间一致性成像条件，获取逆时偏移成像结果；对结果进行成像去噪，增强高频声学界面的成像结果。本发明能够将超声Lamb斜入射波形偏移归为到其真实位置，压制Lamb波频散导致的成像假象，获取套管与水泥、水泥与地层之间的声学界面成像结果，为评价固井质量提供有力的保障。

摘要： 本发明实施例公开了一种基于超声Lamb波紧凑阵列的损伤检测方法和装置，其中的方法包括：控制Lamb波紧凑阵列中的传感器对目标进行n次组合检测，在每次组合检测中，控制所述紧凑阵列中的n‑1个传感器作为激励传感器，剩余1个传感器作为接收传感器接收目标的结构响应信号；根据n次组合采集的响应信号计算每个传播路径与其它路径的互相关值；根据所述互相关值判断所述目标是否存在损伤；当所述目标存在损失时，对损伤进行定位。本发明的方法和系统，不需要大量传感器来占用较多被测结构的表面，即可对结构进行较完整检测，降低阵列系统的复杂性和成本，操作简单，不需要复杂的电气控制设备。

摘要： 本发明属于板波早期损伤无损检测领域，具体涉及一种基于非线性Lamb波零频分量的损伤定位成像方法及系统，具体方法包括：步骤一：准备待检测的模型；步骤二：在模型的信号激励点发射基波，信号接收点接收到模型损伤位置的零频信号，获取模型损伤位置的边界点；步骤三：在模型上多处进行信号激发和信号接收，获得边界点阵；步骤四：根据边界点阵，进行模型损伤位置定位成像。利用零频对材料早期局部损伤的高反射特性，确定材料损伤的边界，从而对材料损伤位置进行定位成像，该定位方法简单高效，使得检测局部早期损伤可以像利用线性基波检测材料宏观损伤(如局部1cm的裂纹)那样简单，克服了混合波和二次谐波技术的相关瓶颈。

摘要： 本发明公开了一种测量双层板各层厚度的Lamb波厚度共振方法，双层板Lamb波截止频率与双层板厚度比有关，当测得Lamb波截止频率时，找到对应的厚度比，便可以求出每一层的厚度。本发明利用超声Lamb波在截止频率处产生的多模态厚度共振，对双层板各层厚度进行表征；该方法克服了传统超声脉冲回波测厚法，在板厚小于两倍波长时，回波信号互相混叠以致无法测量的缺点，当双层板厚度在波长量级甚至小于波长时，也能够很好的测量各层厚度。

摘要： 本发明公开了抑制多模式lamb波的双面凸起薄膜体声波器件，压电层的底面沉积有下电极；压电层底面位于下电极边沿处沉积有靠内的下凸起一和靠外的下凸起二，且下凸起一与下凸起二贴合；压电层底面沉积有包裹下电极、下凸起一和下凸起二的保护层，且保护层与下电极、下凸起一和下凸起二之间设有空腔；压电层底面沉积有包裹保护层的待键合层一；待键合层一的底面与淀积在基底顶面的待键合层二键合；压电层的顶面沉积有上电极；压电层上刻蚀有与空腔连通的通孔。本发明通过多个上凸起贴合、多个下凸起贴合，两个相邻的凸起形成交替的高低声阻抗反射层，将lamb的能量限制在谐振器有效区，减少谐振器的横向声波泄露，提升谐振器的Q值。

摘要： 本发明提供一种基于数字孪生和超生lamb波的焊缝健康监控系统及方法。基于数字孪生和超生lamb波的焊缝健康监控系统及方法，包括：钢轨焊缝、状态采集模块、电路转换模块、随机码发生器、传输单元、控制单元、钢轨焊缝数字孪生体、可视化管控平台；所述钢轨焊缝数字孪生体是可动态运行的钢轨三维数字模型，所述三维数字模型中的各个组件与钢轨物理实体组件一一映射；所述可视化平台能够实时显示钢轨焊缝的健康状态。本发明采用了随机码跳频技术，可实现现实中的钢轨焊缝和三维程序中的虚拟设备的运转状态及数据是统一的，从而达到更直观得出钢轨焊缝得健康状态，更清晰发现钢轨损伤位置。