Page 144 - 《应用声学》2021年第5期

788 2021 年 9 月

被测 “L” 型钢板厚度 d = 3 mm，弯角角度为 U x 和 U y 进行频域仿真计算。图 3 表示 0.25 MHz、
90 ，两边板长 L 1 = L 2 = 300 mm，在折弯与水平 0.5 MHz和1 MHz的S0模态Lamb波的波结构。通
◦
方向夹角 45 处模拟裂纹缺陷，深度 t 分别为 1 mm 过频域仿真计算得到0.25 MHz、0.5 MHz 和1 MHz
◦
(占厚度 30%) 和 0.4 mm(占厚度 13%)。在长度为 的 S0 模态仿真计算结果，如图 4∼ 图 6 所示，其中
40 mm的激励加载区域(Loading) 沿厚度方向施加 图 (a)、(b) 和 (c) 分别为缺陷尺寸为 0 mm、0.4 mm
波结构作为位移载荷，从而激励出指定的频率模态。 和1 mm 时折弯前后的位移波形图。利用A、B两段
板两端分别为 20 mm 长的完美匹配层 (Perfectly 长度内位移的变化情况，分析不同尺寸缺陷对导波
matched layer, PML)，用于吸收边界反射波，以获 传播的影响作用以及不同频率 S0 模态 Lamb 波对
得更好的仿真计算效果。在折弯前后各设置50 mm 裂纹缺陷的敏感性。图中实线、虚线分别代表折弯
长的线段A、B，用于探测折弯前后位移的大小。 前后的位移图。
对比 3 种频率的 S0 模态，当不存在裂纹时，折
2.2 仿真结果分析 弯后的 B 段位移波形相较折弯前的 A 段，其最大值

由于将仿真模型简化为二维，则仅需在激励区 发生了衰减，但衰减并不明显，均未超过 5%。当存
域沿 x、−y 两个方向同时加载波结构的位移分量 在裂纹时，B段的位移最大值明显衰减，这表明裂纹

3.0 3.0 3.0
U x U x U x
2.5 2.5 2.5
U y U y U y
2.0 2.0 2.0
y/mm 1.5 y/mm 1.5 y/mm 1.5
1.0 1.0 1.0
0.5 0.5 0.5
0 0 0
-0.4 0 0.4 0.8 1.2 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0
ॆʷӑͯረ ॆʷӑͯረ ॆʷӑͯረ
(a) 0.25 MHz (b) 0.5 MHz (c) 1 MHz
图 3 S0 模态波结构
Fig. 3 Wave structures of S0 mode

0.20 ઉिҒ 0.04 ઉिҒ 0.08 ઉिҒ
ሏ᭧ͯረ/mm 0.10 0 ઉिՑ ሏ᭧ͯረ/mm 0.02 0 ઉिՑ ሏ᭧ͯረ/mm 0.04 0 ઉिՑ

-0.02
-0.10
-0.04 -0.04
-0.08
-0.20 -0.06
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
᫂ए/mm ᫂ए/mm ᫂ए/mm
(a) 0 mm (b) 0.4 mm (c) 1 mm
图 4 0.25 MHz-S0 模态 Lamb 波折弯前后位移图
Fig. 4 Displacement of 0.25 MHz-S0 mode Lamb wave before and after bending

ሏ᭧ͯረ/(10 -9 mm) -0.04 0 ઉिҒ ሏ᭧ͯረ/(10 -9 mm) -0.04 0 ઉिҒ ሏ᭧ͯረ/(10 -9 mm) -0.2 0 ઉिҒ
0.08
0.08
0.4
ઉिՑ
ઉिՑ
ઉिՑ
0.04
0.2
0.04
-0.4
-0.08
-0.08
-0.8
0 10 20 30 40 50 -0.12 0 10 20 30 40 50 -0.6 0 10 20 30 40 50
᫂ए/mm ᫂ए/mm ᫂ए/mm
(a) 0 mm (b) 0.4 mm (c) 1 mm
图 5 0.5 MHz-S0 模态 Lamb 波折弯前后位移图
Fig. 5 Displacement of 0.5 MHz-S0 mode Lamb wave before and after bending