基于电磁超声lamb波换能器阵列的板材检测方法研究

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1、硕士学位论文基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法研究RESEARCHONPLATEINSPECTIONBASEDONTRANSDUCERARRAYOFELECTROMAGETICULTRASONICLAMBWAVE刘博哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB553学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开全日制工程硕士学位论文基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法研究硕士研究生：刘博导师：翟国富教授申请学位：全日制工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TB553U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPLATEINSPECTIONBASEDONTRANSDUCERARRAYOFELECTROMAGETICULTRASONICLAMBWAVECandidate：LiuBoSupervisor：Prof.ZhaiGuofuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEnginee

3、ringandAutomationDateofDefence：June,2015DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要电磁超声Lamb波技术以其无需耦合剂、环境适应性强和成本低等优点，在板材无损检测领域前景广阔。但是Lamb波的多模式和频散现象容易造成误检，且电磁超声Lamb波换能器很难满足军用级薄板检测的标准，需要优化设计以提升其检测精度。此外，单一换能器检测效率较低，采用换能器阵列虽然能显著提高检测速度，但目前并未有合理的换能器阵列排布方法。针对上述问题，本文开展了基于电磁超

4、声Lamb波换能器阵列的板材检测方法研究。针对Lamb波在波导中的多模式和频散特性会影响缺陷检测的问题，提出基于二维有限元建模仿真的高模式消除方法和频散抑制方法。该方法充分考虑了Lamb波的激发曲线及换能器的换能机理，通过建模仿真分析声波的传播特性，分别给出了合理设计接收线圈从而消除高模式杂波的方法，频散现象较弱的换能器工作点范围，以及波结构特性的利用方法。针对目前关于Lamb波EMAT阵列声场分布研究不足，提出三维有限元频域建模方法。该方法将电磁场和物理场耦合，采用静磁场、涡流和结构场分步仿真的方式，有效地得到了试件内Lamb波三维声场及指向性。通过分析曲折线圈声场分布特性，提出声

5、场可聚焦的线圈结构，并得出声场汇聚效果最优的线圈参数。根据仿真所得声场，计算得到了EMAT有效检测区域，并给出了换能器阵列的无盲区排布方法。针对目前对铝合金薄板高精度检测的需求，采用有限元仿真方法研究了电磁超声Lamb波对不同缺陷的检测特性。提出了基于二维模型的槽缺陷检测仿真研究方法，以及基于三维模型的孔缺陷检测研究方法。该方法通过时域仿真，可以得到Lamb波的入射波和缺陷反射回波波形。基于所建模型，分析了Lamb波的缺陷检测能力，研究了斜槽缺陷对检测效果的影响，并得到了提升孔缺陷检测能力的线圈参数设计方法。搭建了电磁超声实验平台，验证了仿真结果的正确性；研制基于电磁超声Lamb波换

6、能器阵列的缺陷检测系统。实验结果表明，该系统能够有效地检测出Φ1mm的通孔和4mm宽、0.4mm深的槽缺陷，达到GJB3384的检测要求。本文研究的基于电磁超声Lamb波换能器阵列的板材检测方法，能够为铝合金板材的快速无盲区检测奠定良好的基础。关键词：电磁超声Lamb波；换能器阵列；传播特性；声场分布；缺陷检测-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAccordingtotheadvantagesofcompactsize,versatile,couplantfreeandfairlyinexpensive,thedevelopmentofelectromagneticu

7、ltrasonictechnologyhasagreatfutureinthefieldofNon-destructiveDetection.Amongalltheacousticwaves,Lambwavesisespectiallysuitableforthedetectionofmetalplates.However,duringthedetectionwork,errorscanoftenoccurduetothecharactersofmulti