Page 160 - 《应用声学》2020年第2期

318 2020 年 3 月

角为 11.3 可以单独激发 A0 模态导波信号；本文实 上下表面外侧均为空气，为了消除边界反射的干扰，
◦
验采用的是压电片激励，压电片接收与空耦探头接 有效提取散射信号，模型采用边界吸收条件。在 A、
收两种检测方式，根据 Snell定律，接收角度为 11.3 ◦ B、C、D 四个位置设置压电片传感器，A 、B 、C 、
′
′
′
时可以单独接收A0模态Lamb波。 D 分别对应空气中距各压电片传感器上方 5 mm
′
在实际检测中由于各压电片性能和粘贴情况 的空耦基片接收位置，根据 Snell 原理，为接收 A0
不完全相同等因素，无法做到如图 2(a) 所示的上 模态的 Lamb 波，将空耦基片向激励位置方向偏转
下两侧同时产生完全相同的激励，所以本文选用 11.3 。缺陷设置在(300 mm, 300 mm)处，缺陷为直
◦
图 2(b)所示的单侧激励方法。 径10 mm通孔。激励信号函数采用Hanning窗调制
的中心频率为200 kHz的5周期正弦波窄带信号。
6000
S0(200 kHz, 5374 m/s)
5000 A0(200 kHz, 2764 m/s) O A(A')
Ꮖᤴए/(mSs ) 4000 B(B') 100 mm,150 mm
3000
2000
D(D')
S0
Ꭵᬞ
A1
S1 A0 x (330 mm, 150 mm) (300 mm, 300 mm) (150 mm, 400 mm) y
1000 S2 A2
S3 A3
0 C(C') ᨸ౜
200 2000 4000 6000 8000 (400 mm, 330 mm)
ᮠဋ/kHz ቇඡ
(a) Ꮖᤴएᮠஙజጳ
30 (a) దᎥᬞവی
S0 A0
25 S1 A1
S2 A2 O
S3
A3
20
К࠱ᝈ/(O) 15 A0(200 kHz,11.3°) A(A')
B(B')
10
(330 mm, 150 mm) 100 mm,150 mm
D(D')
x y
5 (150 mm, 400 mm)
0
200 2000 4000 6000 8000 C(C') ᨸ౜
(400 mm, 330 mm)
ᮠဋ/kHz
ቇඡ
(b) К࠱ᝈᮠஙజጳ
图 1 频散曲线 (b) ௄Ꭵᬞവی
Fig. 1 Dispersion curve 图 3 有限元模型
Fig. 3 Finite element model
༏ҵவՔ ԍႃྟ(R)
ԍႃྟ(T)
进行有限元分析时，依次设置一个压电片传感
ᨸ౜
ԍႃྟ(T) 器作为激励传感器，由压电片激发的超声波直接进
༏ҵவՔ
(a) ԥΟ༏ҵ 入铝板，分别输出其余七个位置接收到的信号。声
波的传播遵循互易性原理 [9] ，激励和接收位置交换
༏ҵவՔ ԍႃྟ(R) 前后接收到的信号相同，为了提高检测效率，该过
ԍႃྟ(T)
ᨸ౜ 程可分别在每个模型上获得 12组有效信号，即AB、
′
′
′
′
′
(b) ӭΟ༏ҵ AC、AD、BC、BD、CD、AB 、AC 、AD 、BC 、BD 、
图 2 激励方式 CD ，第一个字母代表信号发射位置，第二个字母代
′
Fig. 2 Incentive method 表信号接收位置。
2.2 仿真结果分析
2 导波有限元仿真
图 4 分别是无缺陷铝板上 A 点激励、B 点接收
2.1 有限元仿真模型 的信号时域图与时频图。从图中可以看出，接收信
采用 PZFlex 有限元软件分别对无缺陷铝板和 号中同时存在信噪比很好的 A0 模态和 S0 模态的
有通孔缺陷铝板建立三维模型，如图 3 所示。铝板 Lamb波，A0模态能量更强。