【摘 要】
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焊接结构由于材料、工艺和环境等差异易出现各种类型缺陷,严重影响结构整体的安全性能.超声检测法是一种有效的缺陷无损检测方法,常规超声缺陷测量技术在处理复杂曲面时会出现模式转换及影响缺陷检测精度的问题,故该文提出了基于零群速兰姆波模态的不等厚对接焊缝缺陷检测仿真研究.首先,基于Bloch-Flo-quet边界和域约束的有限元特征频率法,研究变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,选取厚度变化敏感的零群速模态并对激励信号进行参数优化.然后,通过建立焊缝仿真模型验证变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,成功重构出焊缝薄
【机 构】
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内蒙古电力科学研究院,内蒙古 呼和浩特 010020;广东工业大学 机电工程学院,广东 广州 510006
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焊接结构由于材料、工艺和环境等差异易出现各种类型缺陷,严重影响结构整体的安全性能.超声检测法是一种有效的缺陷无损检测方法,常规超声缺陷测量技术在处理复杂曲面时会出现模式转换及影响缺陷检测精度的问题,故该文提出了基于零群速兰姆波模态的不等厚对接焊缝缺陷检测仿真研究.首先,基于Bloch-Flo-quet边界和域约束的有限元特征频率法,研究变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,选取厚度变化敏感的零群速模态并对激励信号进行参数优化.然后,通过建立焊缝仿真模型验证变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,成功重构出焊缝薄板的曲线厚度,误差为±0.05 mm.最后,建立不等厚板焊缝模型进行缺陷检测,成功地重构出焊缝内部的微小缺陷的位置信息(>0.5 mm),厚度方向和水平方向的误差分别为±0.05 mm和±0.02 mm.
其他文献
该文研制了一种圆盘状压电滤波器,对该滤波器的物理模型进行了理论分析和ANSYS有限元仿真分析,并通过实验确定了其输入、输出频率之间的关系.在自主设计的实验平台上进行测试,测试结果表明,该圆盘压电滤波器可根据不同频率需求滤出不同频率的信号,并无其他谐波的产生,显示了制作的圆盘压电滤波器具有良好的滤波特性.
光声技术以其声源空间分辨率高,易于产生而受到广泛关注,但因光声转化效率低下,如何利用多点光声产生声聚焦成为提高光声检测灵敏度的重要途径.为了利用多点光声产生声聚焦以提高光声检测灵敏度,该文开展了基于八阵元的光声声聚焦的研究.利用时间反转法,采用仿真加实验的方法,分析了空间激励位置、频率及阵元数对聚焦性能的影响.实验结果表明,该方法实现了10倍以上的聚焦效果.
该文采用有限元法研究了基于ScAlN/6 H-SiC结构的声表面波传播特性,并分析了4种激励条件下,压电材料厚度变化对ScAlN/6 H-SiC结构中声表面波相速度和机电耦合系数的影响,通过改变电极厚度及金属化率再次对机电耦合系数进行优化.结果表明,IDT/ScAlN/6 H-SiC结构的机电耦合系数可达到5.4％,对应的相速度为6.36 km/s,添加短路金属后,机电耦合系数值和相速度均有所提高,Metal/ScAlN/IDT/6 H-SiC结构下优化的机电耦合系数和相速度分别为15.78％和7.33
为了解决部分微电子设备供电需求大,而单一的压电能量收集结构无法满足的问题,该文对基于涡致振动的压电能量收集阵列进行流-固-电耦合仿真,并与风洞实验数据进行对比.首先对前置阻流体的俘能结构进行测试,验证结构的可行性,然后对串列、并列、错列、长方阵型的压电俘能结构进行研究.仿真与实验结果表明,压电能量收集阵列随风速的增大呈现整体增大的趋势,随间距的增大呈现先增大后减小的变化趋势,前置阻流体的俘能结构直径D=0.02 m,在风速为6 m/s,中心距L=5D的条件下,输出电压峰值为4.35 V,长方阵型的发电性能
随着硅-光技术的突破,光片上网络系统相比传统的片上系统具有更优的性能.微环谐振器(micro ring resonators,MRR)是组成光路由器的核心器件,因温度影响或制造缺陷,MRR极易发生谐振波长的漂移,从而引起器件的桥接故障,降低光片上网络系统的安全性和可靠性.文中建立了MRR桥接故障模型,提出了光路由器桥接故障数量检测方法,首先将光路由器中的微环谐振器进行分类,依次建立3种光路寻找结构,得到3条桥接故障寻找路径,找到每条光路径下对应的可以构成桥接故障的微环谐振器.实验结果证明了文中设计的故障数
利用离子注入剥离法(CIS)制备的铌酸锂(LN)压电薄膜可用于制备体声波(BAW)器件,近年来备受关注.滤波器的指标与谐振器的性能密切相关,但基于LN单晶薄膜的BAW谐振器,对其结构的仿真优化还未有较深入的报道.该文以LN单晶薄膜为核心压电层材料,构建了固态反射型(SMR)单晶薄膜谐振器有限元仿真模型,对其压电层厚度和布喇格反射层厚度进行了设计,并重点针对谐振器上电极的台阶结构进行了二维模型仿真,为高频LN BAW滤波器的制备提供了理论依据.
针对压电陶瓷固有的迟滞非线性,设计了一种基于深度神经网络(DNN)的前馈补偿控制系统.该系统包含1个输入层、7个隐藏层和1个输出层.实验结果表明,开环情况下压电陶瓷的位移线性误差达8.91μm.施加神经网络前馈补偿后,压电陶瓷的最大位移误差降低到80 nm,稳态误差为±20 nm.进一步测试表明,在10～100 Hz输入频率下系统最大误差小于100 nm,均方根误差为0.01μm,验证了深度神经网络能够准确补偿压电陶瓷动态迟滞非线性,具有较好的频率泛化能力.
通过分析压电叠堆的工作特性,设计了一种以高压运放PA41为核心器件的电压控制型压电叠堆驱动电源.阐述了两种驱动电路方法并选择合适的方案,分析了驱动电路原理并完成电路元器件选型.最后搭建实验平台对驱动电源进行实验测试,分析其输出特性曲线及输出误差的原因.实验结果表明,此电源调节方便,响应迅速,能有效应用于压电叠堆的驱动控制.
以多方向压电振动能量收集器为对象,建立系统的简化机电耦合动力学模型.利用COMSOL软件构建能量收集装置的有限元模型,分析了系统的振动模态,讨论了系统不同结构参数对其电压频域响应及负载功率阻抗匹配的影响.引入非线性磁力,探究了不同磁间距对电学响应的作用.结果表明,能量收集器在y方向1g(g=9.8 m/s2)加速度载荷激励下,负载电压和负载功率峰值分别达到37 V、6.9 mW,减少压电陶瓷、弹簧基底厚度及增加附加质量块的质量有利于能量收集,并且能量收集装置在磁力作用下具有自主调谐功能,增强了环境适应性.
该文提出了一种适用于低频测试的弛豫铁电单晶三轴加速度传感器的结构形式,加速度传感器每个坐标轴由一个单晶弯曲梁敏感元件组成.通过有限元仿真分析了弯曲梁结构中的单晶层厚度、基梁金属层厚度及基梁材料等结构尺寸参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响,找到最优结构尺寸,研制了弛豫铁电单晶三轴加速度传感器样品并进行测试.测试结果表明,弛豫铁电单晶三轴加速度传感器各个方向的一致性良好,加速度灵敏度达86.1 mV/(m·s-2),可以工作在10～400 Hz的低频段.