基于兰姆波传播特性的光声学金属薄板疲劳评估研究

本研究基于在金属疲劳情况下高阶模式超声兰姆波的传播特性由于弹性模量下降而造成的变化，建立反映金属板缺陷、疲劳与兰姆波相速度、衰减关系的数学模型。据此模型，通过激光超声无损检测方法提出一种新颖的非接触式金属板疲劳评估方法- - 高阶模式兰姆波光声学成像法。研究对因金属板内部缺陷和损伤而造成的兰姆波各阶模式色散曲线的变化进行数值分析和实验测量研究，根据其变化的显著程度选择合适的高阶模式。通过单频连续波激光器激发该模式兰姆波信号，采用激光探针扫描检测板中各点的振动情况，进而获得由板中各单元衰减与相位变化等构成的特征参量信息，最终通过特征参量构建的矢量声场反演薄板疲劳情况，从而实现非接触测量。本工作结合了兰姆波高阶模式研究、光声学无损检测以及模式识别研究，具有成像精度高、对于金属板厚度范围限制小、可以实现远距离实时在线测量的优点。研究结果可以揭示一种行之有效的研究板材内部结构的新型无损检测方法

本课题在对兰姆波的传播特性由于金属疲劳情况下而发生变化的机理进行研究的基础上，建立反映金属板缺陷、疲劳与兰姆波相延时、衰减间关系的数学模型。据此模型，通过激光超声无损检测原理提出一种新颖的非接触式金属板疲劳评估方法——高阶模式兰姆波光声成像法。其原理是通过对兰姆波传播特性的变化进行理论分析和实验测量研究，获得因金属板内部缺陷和损伤对其影响的函数关系，从而选择合适的检测模式。通过单频连续波激光器激发该模式兰姆波信号，再采用激光探针扫描检测板中各点的振动情况，由此获得由板中各单元幅度与相位信息构成的特征参量，最终通过特征参量构建的矢量声场对金属板的疲劳情况进行评估，实现非接触无损测量。本工作结合了高阶模式兰姆波研究、光声学无损检测以及模式识别等方面研究，具有成像精度高、对于金属板厚度范围限制小、可以实现远距离实时在线测量等优点。研究结果可以揭示一种行之有效的研究金属板材内部结构的新型无损检测方法。