接觸界面振動聲調制行為及缺陷檢測方法研究.pdf

1、振動聲調制技術是一種非線性聲學檢測方法，對接觸型缺陷非常敏感，且不受工件材料和幾何形狀的限制，在工程結構質量評估方面有很大的應用前景。然而，若要提高此技術的檢測可靠性及效率，使其應用于實際檢測當中，則需要在調制機理、參數優(yōu)化、定量評價等方面對其進行更深入的研究。本文自主搭建了振動聲調制檢測系統，以鋁桿試樣為主要研究對象，考察了其主要激勵參數的選取原則，分析了振動/超聲信號在裂紋界面的相互作用機理，提出了基于修正非線性調制模型的定量檢測方

2、法，最后對此方法在復雜結構內部缺陷檢測上的應用進行了初步研究。
　　根據振動/超聲信號的激勵、接收要求，選擇相應的硬件設備，搭建了用于振動聲調制技術檢測的實驗平臺，確定了振動/超聲信號的激勵、接收及處理方法，為提高檢測效率，開發(fā)了基于LabVIEW的檢測程序，實現了在線檢測。
　　研究了缺陷界面上低頻振動與高頻超聲信號的相互作用機理。一方面采用數值模擬方法分別對工件中低、高頻聲場進行了分析，并通過檢測過程中高頻頻響曲線的變化

3、研究了低頻振動對高頻聲場的影響。研究表明，低頻頻率為工件共振頻率時，缺陷界面相對運動幅度出現極值，若此時缺陷區(qū)域高頻響應也較高，則將引起高、低頻信號之間的相互作用，表現為高頻頻響曲線在低頻振動下出現較大變化。對鋁桿試樣，當無缺陷存在時，低頻振動和高頻超聲之間并無相互作用；當工件內存在較小尺寸裂紋時，頻響曲線在低頻作用下的變化多出現在共振峰附近，表現為共振峰的偏移和峰值變化；而裂紋尺寸較大時，曲線主要表現為幅度變化，且在整個高頻范圍內都會

4、出現。另一方面通過比較實際檢測信號中邊頻成分與不同模式的調制信號仿真結果，對振動聲調制檢測信號中邊頻成分進行了分析。研究發(fā)現，振動/超聲信號在缺陷界面上不僅存在幅度調制，還存在頻率調制。
　　在上述理論分析的基礎上，討論主要激勵參數的優(yōu)化選擇問題，包括低、高頻激勵信號各自幅度和頻率的選取范圍或原則。通過振動模態(tài)分析和動態(tài)應變測量手段，分析了裂紋運動狀態(tài)對低頻參數選擇的影響。結果表明，低頻激振力越大、激勵頻率越接近工件共振頻率，裂紋

5、面開合程度越高，因而引發(fā)的調制也越強，但低頻激振力達到臨界值后，裂紋面充分張開，因此調制強度不再增加。研究了不同高頻激勵參數下的振動聲調制檢測結果，發(fā)現高頻激勵幅度對調制強度影響微弱，但不同高頻頻率下調制強度差別較大；為提高檢測效率，采用掃頻技術尋求最佳高頻激勵頻率，并編寫了相應的LabVIEW程序；通過對不同解調方法進行對比，選取同步解調作為掃頻激勵下的接收信號中的調制信息提取方法，并定義了新的調制強度評價指標：掃頻調制指數MISD。

6、最后在掃頻激勵方式下對含不同尺寸裂紋鋁桿試樣進行了檢測，驗證了第三部分理論分析的正確性。
　　在前述理論分析及實驗研究的基礎上，提出了一種振動聲調制技術定量評價方法。采用同步解調方法對振動聲調制檢測信號中的調制信息進行了分析，結果表明，通過工件的高頻超聲可分為兩部分，其中通過裂紋界面的部分受到低頻振動的調制，另一部分則不與低頻發(fā)生相互作用，由此對原有的桿內非線性調制模型進行了修正。根據修正后的調制模型，在考慮工件內高頻聲場分布的情

7、況下，采用受調制的高頻聲波與工件中聲波總能量之比對缺陷尺寸進行表征，與超聲C掃描結果對比表明，此方法可較準確地估計桿內裂紋尺寸。
　　最后主要探討了振動聲調制技術在實際檢測中的應用問題。以鋁桿開口槽試樣、螺栓連接結構試樣為研究對象，考察了振動聲調制技術對不同界面接觸程度的適應性。結果表明，界面從不接觸到充分接觸過程中，其引起的調制強度隨之增加，而其接觸程度的進一步增加則會使調制強度減弱。同時研究了此技術對復雜結構內部缺陷的檢測能力