基于激光超声技术的层合结构无损检测方法研究

作     者：朱倩 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：裘进浩

授予年度：2016年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 070206[理学-声学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：激光超声技术 层合结构 Lamb波 波场分离 波数分析 无损检测 

摘      要：超声导波对结构内的损伤较为敏感,在衰减的情况下还可以传播较长的距离,被广泛的认为是复合材料损伤定量检测的最支持工具之一。激光超声检测技术是利用激光照射在结构表面时产生的热弹效应和烧蚀机制在结构中激发出超声导波进行结构检测,具有非接触式激励、检测空间分辨率高、对构件表面要求不高等优点,已成为无损检测领域的热点话题。层合材料的结构较为复杂,为了有效地检测其损伤,本文基于激光超声技术,对层合结构的损伤检测方法进行了深入的探讨和研究。首先,深入了解了激光超声技术的检测原理,对Lamb波的传播特性以及频散的特点进行了分析。在此基础上,对相应的信号处理手段(傅里叶变换和小波变换)进行了探讨和研究,实现了结构中Lamb波的波场分离以及基于能量图谱的结构损伤的可视化研究。其次,基于Lamb波的频散方程,利用一维短空间截断的方法,分析Lamb波波数信号随空间的变化规律,从而判断损伤的位置。在此基础上,探讨Lamb波波数与结构本身特性的关系,定量分析了铝板中损伤的严重程度,并对碳纤维复合材料的损伤程度进行了大致评估。最后,将基于波数分析的信号处理方法应用于二维空间,采用短空间傅里叶变换的方法,通过时域和频域的局部波数估计算法实现层合结构损伤的定位成像;通过对不同时刻的波场进行波数分析,根据不同波数所占的权值不同,采用波数域内加窗的方法滤除健康信号,并通过二维波场能量图实现损伤的定位成像。