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原文传递结构疲劳裂纹方向检测用非线性超声混频方法

专利名称：	结构疲劳裂纹方向检测用非线性超声混频方法
摘要：	本发明公开了结构疲劳裂纹方向检测用非线性超声混频方法，属于无损检测领域。该方法首先根据被测对象和非线性超声混频谐波条件，确定两基频波的模态、频率和入射角等检测参数；进行结构疲劳裂纹非线性超声混频检测；对各环形接收点处的检测信号进行连续小波变换，提取混频波的幅值，进行混频声场指向性分析；最后，根据反射混频波传播方向随疲劳裂纹方向的变化规律计算疲劳裂纹方向。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京工业大学
发明人：	焦敬品;吕洪涛;吴斌;何存富
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810646120.7
公开号：	CN108872393A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司 11203
代理人：	沈波
分类号：	G01N29/12(2006.01)I;G01N29/07(2006.01)I;G01N29/04(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/12;G01N29/07;G01N29/04
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	1.结构疲劳裂纹方向检测用非线性超声混频方法，其特征在于：各向同性介质中，两频率分别为f1、f2的弹性波在特定条件下与非线性源相互作用会产生频率为fg的混频波；发生以上混频非线性效应的特定条件称为谐振条件，即fg＝f1±f2 (1)kg＝k1±k2 (2)式中，k1、k2、kg分别为两基频入射波及混频波的波矢，“+”和“‑”分别代表和频及差频情形；式(1)和(2)分别定义了两基频入射波发生混频效应产生混频波时频率及传播方向需满足的条件；式(1)和(2)的混频谐振条件可适用于体波混频及Lamb波混频；然而，对体波混频和Lamb波混频而言，该谐振条件的满足所依据的途径不同；体波混频谐振条件的满足依赖于横纵波传播速度的差异，而Lamb波混频谐振条件的满足则依赖于Lamb波的频散特性；表1列出了各向同性介质中两横波相互作用产生混频非线性效应的谐振条件，包括相互作用角α、散射角等ψ和频率比d；表中，横纵波波速之比η满足以下关系式式中，v1、v2分别为横波的波速、纵波的波速；表1两横波混频产生和频纵波的谐振条件Lamb波具有多模态和频散特性，使得Lamb波混频研究变得更加复杂；为此，仅考虑板结构中低阶Lamb波(A0波、S0波)之间的非线性相互作用，且两Lamb波产生的混频波也为低阶Lamb波；因此，共有三种情况的基频低阶Lamb波组合：两S0波混频、两A0波混频以及A0波与S0波的混频；Lamb波混频的谐振条件为(Ksum)2＝(K1)2+(K2)2+2K1K2cosα (4a)(K2)2＝(K1)2+(Ksum)2‑2K1Ksumcosψ (4b)(Kdif)2＝(K1)2+(K2)2‑2K1K2cosα (5a)(K2)2＝(K1)2+(Kdif)2‑2K1Kdifcosψ (5b)式中，K1、K2为两基频Lamb波的波数，Ksum、Kdif分别为和频、差频Lamb波的波数；式(4)和式(5)分别给出了两Lamb波相互作用产生和频、差频Lamb波需要满足的谐振条件；其中，基频和混频Lamb波的波数分别为式中，分别为两基频Lamb波的相速度，分别为和频、差频Lamb波的相速度；根据式(4)和式(5)，两Lamb波相互作用产生和频、差频Lamb波时，其基频Lamb相互作用角α及混频波散射角ψ为由式(7a)、(7b)和式(8a)、(8b)可知，基频Lamb波相互作用角α及混频波散射角ψ与两基频Lamb波及混频波的频率、相速度均相关，据此获得两Lamb波发生混频非线性效应的谐振条件；在谐振条件下，两基频入射波与疲劳裂纹相互作用可产生两列传播方向不同的混频波，即透射和反射混频波；对于横波混频，两传播方向不同的混频波分别为透射、反射和频纵波，LT、LR；对于A0波混频，两传播方向不同的混频波分别为透射、反射和频S0波，S0T、S0R；随疲劳裂纹方向的改变，透射、反射混频波的传播方向呈现不同的变化规律：透射混频波LT或S0T的传播方向不发生变化，而反射混频波LR或S0R的传播方向以二倍于疲劳裂纹方向改变量的形式而发生变化；反射混频波传播方向ψLR或S0R与疲劳裂纹方向r的关系为ψLR或S0R＝2r+90°‑α/2+ψ (9)透射及反射混频波的上述特性在实际疲劳裂纹检测中具有重要的应用价值；透射混频波传播方向不随疲劳裂纹方向变化而变化的特性使其用于指导接收探头的布置；检测到的混频波作为两基频波相遇位置处存在非线性源的依据；反射混频波传播方向随疲劳裂纹的规律性变化用于疲劳裂纹方向的检测。
所属类别：	发明专利