基于激光超声Lamb波的腐蚀损伤检测研究

作     者：周世杰 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡宁;刘瑶璐

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：激光超声 Lamb波 腐蚀损伤 可视化成像 损伤程度评估 

摘      要：腐蚀广泛的发生在国防科技、环保工业、医疗卫生等行业中,其中钢铁类材料腐蚀尤为严重。据统计,每年我国因腐蚀损害导致的经济损伤高达5200亿元。除了经济损失外,腐蚀也时常诱发灾难性事故,飞机锈蚀坠毁、石油转子破坏、轮船船底破洞等。因此,研究腐蚀后金属的失效机理和力学性能具有重要的学术意义。相较于传统的物理和化学方法检测方法,超声波Lamb波检测方法成本低、检测更准确快速,检测面积更大,故常作为工业检测的主要手段。近些年,激光超声技术发展迅速,激光超声Lamb波也大量用于结构的腐蚀损伤检测。与传统的超声Lamb检测方式相比,激光超声Lamb波检测的速度更快、分辨率更高,并且消除了超声波激发换能器与材料接触的影响。本文介绍了超声波检测技术的研究背景,分析了Lamb波、激光超声Lamb波和超声波层析成像技术的国内外发展状况。根据Lamb波的传播机理,推导Lamb波的频散方程和波的能量方程并且简述了几种激光Lamb波信号的处理方法。再依据激光超声的基本理论,设计了一套全自动激光超声扫描检测的实验系统。通过该系统对腐蚀铝板进行激光扫描实验,研究Lamb波能量、幅值和腐蚀之间的关系,并利用幅值最大值完成了损伤区域的可视化。接着通过杨氏模量测量实验,进一步分析腐蚀损伤可视化机理。最后,提出一种可以用于评估腐蚀损伤程度的研究方法——能量比值法,并通过实验验证该方法的有效性。激光超声可视化技术的成功实现,使超声无损检测技术发生了重大改变和突破,该技术改变了超声无损检测的结果呈现方式,使检测结果直观可视,应用前景十分广泛。