用于铝板缺陷检测的电磁超声Lamb波成像方法研究

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铝板是重要的工业构件,在石油化工、航空航天、交通运输等行业发展中占有重要地位。但是在铝板制造加工使用过程中,由于挤压碰撞、外部腐蚀等因素的影响,会造成凹坑、裂纹、腐蚀等各种缺陷,它们的存在会造成重大的经济损失,所以对这些缺陷位置和形状的定量化检测尤为重要。电磁超声Lamb波检测技术以其无需耦合剂、检测精度高等优点被广泛地应用于铝板的无损检测中。本文结合电磁超声Lamb波缺陷检测概率重构算法(RAPID)和散射成像方法,对铝板中缺陷的位置、大小和形状进行定量化分析。首先,介绍了Lamb波的基本理论,绘制其相速度和群速度频散曲线。通过分析电磁超声Lamb波换能器的工作原理,建立洛伦兹力激发和接收Lamb波的解析模型,设计了用以激发单一0A模态Lamb波的全向双线圈电磁超声换能器结构。其次,介绍了Lamb波椭圆概率定位原理,并提出一种基于小波时频变换走时提取方法,用以提高缺陷的定位精度。同时分析了Lamb波RAPID层析成像算法原理,利用COMSOL软件建立三维时域模型,对两种不同阵列排布下,不同形状和不同位置的通透型缺陷进行RAPID层析成像算法仿真验证,发现环形阵列成像效果优于平行阵列的规律。然后,介绍了导波散射原理。通过对Lamb波与圆形、正方形、菱形、等边三角形四种不同类型通透缺陷作用时的散射特性进行分析,绘制出不同缺陷的周向散射图,总结了Lamb波对不同形状缺陷的周向散射规律,发现不同形状缺陷的周向散射图有明显的差异,对缺陷的形状进行定量化评估。最后,通过实验对电磁超声Lamb波RAPID层析成像算法和散射成像方法的缺陷成像有效性进行验证。
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