● 摘要
随着粘接工艺的广泛应用，板壳的脱粘是工业中经常遇到的一个问题。脱粘情况的出现会使其强度变小，稳定性下降，从而引发各种事故。粘接部位往往存在于工程结构的内部，不容易被检测到。传统的超声无损检测技术是单点检测，在检测板壳的粘接时，该方法就显得速度慢。因为超声导波检测距离远，能够进行一条线的检测，所以利用超声导波检测方法可以解决这一难题。由于导波的多模态及频散特性，对结果的分析往往异常复杂，但是通过理论分析和数值模拟的结果，选择和激励单一模态导波进行板壳的脱粘检测可以大大简化问题分析的复杂性。本课题正是针对这些问题对板壳脱粘的超声导波检测进行理论分析、数值模拟和试验研究工作。 首先综述本课题研究领域的发展现状，介绍超声导波技术的基础知识；其次分析各种导波模态传播时的能量在板中的分布，并对S0和A0两种导波模态进行具体的比较；接下来采用全局矩阵法推导两层板中的导波频散理论，得出两层板中导波的频散曲线，根据速度、频率和板厚的关系指导模拟和试验；然后用有限元软件ANSYS 模拟S0和A0两种导波模态对两层板中脱粘缺陷的检测，对激励信号进行分析计算，把经HANNING窗调制的10个单音频叠加信号作为激励，通过对板端指定节点施加一定角度瞬时位移载荷模拟入射纵波，在板的另一端接收波信号，利用提出的导波速度计算公式，对照两层板频散曲线判断出导波的模态。对两层板的脱粘缺陷模型进行大量数值模拟，模拟结果表明：A0模态导波对板面缺陷如脱粘缺陷等更为敏感，并模拟A0模态导波检测不同大小脱粘缺陷的情况，通过数值模拟，能成功地对两层板有无脱粘缺陷进行判断；最后进行两层板脱粘缺陷的判断试验，先选择有效的检测距离，然后通过电压幅值和缺陷大小的关系找出判断脱粘缺陷存在的电压阈值，最终确定脱粘缺陷的大小，通过大量试验验证了理论分析和数值模拟的正确性。