超声换能器脉冲波声场数值计算与测试

 对超声无损检测中影响缺陷检出率和缺陷评价准确性的换能器脉冲波声场分布特性进行了研究。提出了一种计算超声换能器脉冲波声场声压分布的新方法,计算了不同带宽的换能器脉冲波声场声压分布。研制了测量换能器脉冲波声场的实验系统,实验结果与通过理论计算得到的声场声压分布有较好的一致性。研究结果为仿真换能器脉冲声场提供了一种新方法,同时为提高超声检测的缺陷检出率和缺陷评价的准确性提供了理论依据。     

TC4 钛合金板材双晶探头超声波检测

研究了TC4钛合金板材高灵敏度双晶探头超声波检测中变型波、组织噪声的产生原因及影响.结果表明:变型波会给缺陷波定量评定带来影响,以缺陷波始脉冲波幅定量评定最为准确,对于缺陷波始脉冲之后的波幅超标应选用不同焦距的双晶探头进行对比检测.组织噪声的产生与板材中同取向粗大α相晶粒增多密切相关,通过减小脉冲宽度可有效降低组织噪声.     

空气耦合超声探头声场及其对检测的影响

搭建空气耦合超声探头声场的指向性测量系统,考察4种型号的空气耦合超声探头声场的指向性。对预制分层缺陷的复合材料试样进行检测,分析了声场对检测结果的影响。结果表明,低频率、平探头的声场能量高,指向性较差,而高频率、聚焦探头声场能量低,指向性好,检测横向分辨率高。在保证穿透能力的前提下,应尽量选择后者。根据探头声场分布情况,合理调整检测距离,使被检材料位于探头的焦区内,也能够提高检测灵敏度。     

曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究

受曲界面影响,超声波在曲面构件中传播时声束聚焦、散射特性增强,声能量出现汇聚与分散现象,造成缺陷定量困难。针对试块对比法等传统手段检测成本高及适应性较弱的问题,研究了基于超声测量模型的曲面构件缺陷定量方法。以脉冲激励方式下的超声波多元高斯声束模型和缺陷散射模型为基础,建立了曲面构件水浸超声测量模型,并对凸、凹两种曲面试块内的缺陷回波进行了模型有效性验证。以平底孔缺陷为例,基于该模型建立了曲面构件缺陷定量表征曲线,通过仿真研究了声束在曲面构件中的聚焦和散射特性,分析了相对缺陷波高随曲率半径、缺陷深度和缺陷尺寸的变化规律,并通过预测相对缺陷波高进行缺陷定量。以钢制曲面试块水浸超声检测为例进行了缺陷定量应用实验,模型预测与实验结果比较,相对缺陷波高预测误差小于1.2dB,缺陷大小定量误差不大于8.7%,表明这种方法可行,为曲面构件水浸超声检测时的缺陷定量提供了一种简便有效的途径。     

复合材料紧固孔分层激光超声量化表征试验

提出解决飞机复合材料结构紧固孔分层检测问题的途径。基于激光超声技术,进行复合材料紧固孔分层的量化表征试验。制备碳纤维增强复合材料紧固孔试样,根据复合材料中激光超声的激发参量选取原则,利用材料受脉冲激光辐照作用产生的热弹效应激发超声波,提取表征紧固孔区域分层缺陷的超声信号;分析影响缺陷表征准确度的关键因素,发现脉冲激光光斑尺寸（直径1~5 mm）变化对紧固孔分层的表征不产生显著影响;基于穿透法和脉冲反射法进行激光超声C扫描检测,得到紧固孔区域分层缺陷的形状、尺寸和位置特征。研究结果表明,利用激光超声技术的非接触式激发、接收和高分辨力特点,可以准确测得紧固孔区域分层缺陷导致的波反射和衰减,有效表征飞机复合材料结构的紧固孔分层缺陷。     

结构/阻尼一体化复合材料超声波检测方法

采用超声脉冲穿透法和超声脉冲反射法相结合,对结构/阻尼一体化复合材料产品开展超声无损检测方法研究。研究结果表明,超声检测可有效检测出结构/阻尼一体化复合材料产品中复合材料中的分层缺陷和复合材料与阻尼材料间的脱粘缺陷。     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时，相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重，采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先，建立了合成声束三维声场分布模型，分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点，发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好，同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后，建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM，Total Focusing Method），并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建，可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后，利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验，结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测，相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟

脉冲超声波传播过程的模拟研究对实际超声检测的信号分析具有重要的借鉴意义。对弹性固体中的声场方程应用时域有限差分法,进行了二维声场特性研究。通过完全匹配层方法对截断边界的吸收处理,解决了无限自由空间的计算问题。模拟计算表明该方法可用于各向异性介质的分析。分析了液固耦合情况下的超声波传播特性,取得了与光弹法物理试验相一致的结果。通过与平底孔试块实际缺陷回波信号的对比,验证了脉冲超声波有限差分法模拟计算的有效性和正确性。     

钛合金扩散连接界面完整性超声定量评估

利用高分辨率超声扫描显微成像检测技术对钛合金扩散连接界面的微缺陷分布进行研究 ,从而得到有关扩散界面微观完整性的定量信息 ,给出了钛合金扩散连接界面的超声扫描成像检测的典型试验结果     

基于半跨模式波的铝合金板底面缺陷TOFD检测

采用超声衍射时差法（TOFD）检测铝合金板底面缺陷时，受直通波脉冲宽度影响存在近表面盲区。提出了TOFD半跨模式波法进行盲区抑制，利用一次底面反射波在缺陷端点处衍射波的特征及其在B扫查图像中的对称性推导底面缺陷定深公式。仿真和实验结果表明，对于厚度为7.0 mm的铝合金板，在探头中心距为40 mm、中心频率为10 MHz的检测条件下TOFD半跨模式波法能将近表面盲区抑制64%以上，且深度不小于2.0 mm底面缺陷的定位误差不超过6.32%。与模式转换波及TOFD-W波相比，半跨模式波不会与底波混叠且离直通波较近，在铝合金板底面缺陷检测中适用性较强。     

多层钎焊结构件超声C扫描信号特征分析

对多层钎焊件内层焊缝检测中产生的多重声束路径叠加现象进行了详细分析,并用计算机模拟超声检测中的叠加信号,总结出对等厚薄板钎焊缝阵结构内层焊缝的检测方法及C扫描时信号门放置的合理位置,并且在实际检测中验证了该方法的正确性.     

航空发动机叶片超声检测信号的小波分析方法

超声波检测技术是航空构件检测中应用较多的一种检测方法。针对含损伤的某型航空发动机压气机叶片，采用小波分析技术，对超声检测信号进行分析和处理，提高了超声检测技术检出缺陷的能力。采用四种不同的小波基对同一信号进行分析，经研究表明：sym4小波基处理航空构件超声检测信号比较理想。     

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。     

超声显微检测系统在涂层检测中的应用研究

主要介绍了超声显微检测系统的组成及原理，采用超声显微检测系统对特种涂层的内部质量进行了超声检测的应用研究。结果表明：该系统能检测出涂层内部的裂纹、气孔、涂层与基体脱粘等缺陷。采用超声瑞利波声透镜，可有效检测出涂层表面及亚表面的缺陷。检测过程中实时显示被测样品的A、B、C三种扫描图像，缺陷检测结果直观。     

激光超声技术在复合材料检测中的应用

激光超声检测技术采用脉冲激光照射的手段激励结构中的Lamb波,可以实现远距离、非接触式的Lamb波传播波场数据测量。针对复合材料在航空领域应用中所面临的安全和可靠性能评估问题,南京航空航天大学开展了基于激光超声技术的复合材料检测研究。采用信号处理方法提取了Lamb波传播特征参数,进行了复合材料的损伤成像、刚度参数识别和疲劳特性评估,取得了理论和试验验证上的进展,为航空领域的复合材料无损检测技术提供了新方法。     

声波飞行时间测量系统中串行通信的设计与实现

稳定可靠的上下位机通信程序是声波飞行时间测量系统实现声波飞行时间准确测量的关键。为此研制了基于VC6.0的上下位机通信程序。文中详细介绍了该通信程序的设计与实现过程，给出了上下位机通信流程图及相应的主要通信程序。实验结果表明该通信程序能够较好地实现声波飞行时间测量系统中下位机和上位机之间的通信，系统性能稳定，满足声波飞行时间测量系统的通信要求。     

非均匀温度场下声发射源定位方法

针对非均匀温度场下声发射信号传播速度不一致导致时差定位法定位精度下降的问题,研究基于波束形成法的声发射源定位效果.首先,基于板波理论研究声发射信号的传播特性,分析频散现象等对声发射信号速度测试的影响;然后通过数值仿真研究声发射波束形成法定位精度对不同重建速度的定位效果,进而发现在声发射波束形成法在阵列方向具有速度不敏感性.在加热前后的薄钢板上进行断铅定位实验,其结果表明声发射波束形成法可以在非均匀温度场中保持较高的定位精度,在机匣温度不均的航空发动机碰摩定位领域有良好的应用前景.      

超声波换能器性能指标测试方法的研究

介绍了一种新的超声波换能器灵敏度的测试方法，排除了常规测试方法中仪器对它的影响。对超声波换能器的频率特性测试，采用了一种简便，经济，实用的方法，并给出了测试结果。