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原文传递高速列车铝合金材料的超声检测研究

论文题名：	高速列车铝合金材料的超声检测研究
关键词：	铝合金材料;高速列车;无损检测;Lamb波;ANSYS有限元仿真
摘要：	随着经济的不断发展，现代工业的快速崛起，铝合金材料已广泛应用于航空航天、高速列车、船舶、轨道交通、汽车等多个领域。　　本文主要利用超声Lamb波对金属铝合金薄板进行检测，利用ANSYS建模仿真计算了不同缺陷、传感器模型，并对仿真的结果进行了实验系统的验证。利用超声波传感器移动测量板块进行主动探测，通过对发射和接收信号的处理，采用多途检测法对缺陷进行定位并检测其大小，并重点讨论了超声多途信号提供的额外数据对缺陷定位与尺寸的影响。本文研究的主要内容包括：　　（1）研究了发射信号的参数选择和加窗处理，对接收信号的平滑处理，采用最大值法和希尔伯特变换对延迟时间进行估计，通过求有无缺陷情况下的相应差值提取缺陷回波等。并研究讨论了Lamb波的多模态特性、速度以及衰减等问题。　　（2）采用超声多途检测方法对缺陷进行定位并检测其大小，利用ANSYS分析在建立有缺陷与无限缺陷模型的基础上，通过有限元节点接收到的回波提取出薄板的缺陷回波，根据缺陷回波出现的时间，通过多途方法的计算，得到薄板缺陷的坐标和大小。当模型为同种传感器位置与缺陷位置不同缺陷大小的薄板缺陷模型，从中提取了模型中的缺陷回波，并确定了DRP与MP-W路径的延迟时间，得出了缺陷越大超声多途Lamb波检测法效果越好，结果愈加精确，说明了理论上多途检测单次测量分析Lamb波在铝合金薄板缺陷检测中是可行的。　　（3）利用ANSYS有限元仿真软件对两类不同的薄板模型进行了仿真计算，一种是当缺陷不变，收发传感器逐渐向-y方向移动，对每种模型进行了仿真，得到当收发传感器位于上下边界时，多途检测效果最佳；另一种是当收发传感器不变时，缺陷的大小不变，中心坐标逐渐向-y方向移动，对每种模型进行了仿真，得到当缺陷的中心越靠近薄板的中心位置，检测效果越佳。　　（4）构建超声Lamb波检测系统。通过实验分析比较了三种不同频率的激励信号在薄板中的特性；建立了不同模型的超声多途缺陷回波，并对缺陷进行了成功定位并计算其大小。主要验证了同样的收发传感器位置，不同缺陷大小的模型，以及当收发传感器位置不变，缺陷从薄板中心逐渐向-y方向移动的每种模型。实验结果大体与ANSYS仿真结果相一致，证明了超声多途检测法在铝合金薄板检测中的应用是可行的，通过超声多途能对缺陷进行定位和精确计算出其大小。通过一次多途超声检测就可以确定裂纹位置，利用传统的技术可以识别直接反射路径（DRP）；通过DRP可以在确定范围内估算出和MP-W的延迟时间，检测缺陷的顶部可以利用DRP，同时利用MP-W检测缺陷的底部。根据多途路径的分析与信号建模，可以进一步研究由于多途提供的额外数据，这些数据提供并保证了单次测量进行辨识缺陷的可能性和惟一性，并计算出材料缺陷的位置和大小。
作者：	郭杜斌
专业：	机械工程
导师：	沈希忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海应用技术学院
学位年度：	2015