基于超声导波波束成形的缺陷反演方法研究

作     者：武靖昌 张应红 钱智 马智勇 李鹏 李翔宇 钱征华 WU Jingchang;ZHANG Yinghong;QIAN Zhi;MA Zhiyong;LI Peng;LI Xiangyu;QIAN Zhenghua

作者机构：南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 海装驻南京地区第四军事代表室南京211100 西南交通大学应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 

出 版 物：《南京航空航天大学学报》 (Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics)

年 卷 期：2023年第55卷第3期

页      面：497-506页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(kfjj20200105) 国家自然科学基金(11972276,12061131013,12172171) 航空航天结构力学及控制全国重点实验室自主课题(MCMS-I-0520G01) 广西制造系统与先进制造技术重点实验室项目(17-259-05-005Z) 应用力学与结构安全四川省重点实验室开放课题(SZDKF-202002)。 

主　　题：固体力学 超声导波 缺陷反演 波束成形 衍射层析成像 二维变分模态分解 

摘      要：利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息,针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题,提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理,利用Born近似下的散射场数据对成像区域像素点的值进行相干叠加,得到缺陷的位置和形状。再通过波束成形与傅里叶衍射定理在频域的映射关系,将波束成形的结果转化为衍射层析成像图像,得到了更为清晰的反演图像。针对衍射层析成像中存在伪影和噪声的问题,利用二维变分模态分解(Two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)方法对图像进行降噪处理,有效去除了伪影和缺陷轮廓边缘的毛刺,进一步提高了成像分辨率。反演结果表明该方法可以较为准确地重构出铝板上减薄缺陷的位置、大小和形状,具有较高的分辨率。