Page 148 - 《应用声学》2021年第5期

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优于将幅值变化作为特征参数的方法。因此，通过
4 结论
对0.25 MHz、0.5 MHz和1 MHz的S0模态Lamb波
的能量比分布进行分析，优选出与裂纹尺寸成规律 本文通过仿真和实验相结合的方法，研究了
性变化的频带，得到表3∼表5。 Lamb 波对 3 mm 厚 “L” 形不锈钢板折弯处不同尺
寸裂纹的检测问题。选用 0.25 MHz、0.5 MHz 和
表 3 0.25 MHz 敏感频带小波包能量占比
1 MHz 三种频率，采用频域有限元法计算不同频率
Table 3 0.25 MHz sensitive frequency
的 S0 模态 Lamb 波对深度为 0.4 mm、1 mm 裂纹的
band wavelet packet energy
检测效果，开展了不锈钢折弯板裂纹缺陷的检测实
验研究。并采用 WPT的方法对实验信号进行分析，
裂纹尺寸
敏感频带 得到每种频率 Lamb 波的能量分布情况，选取各自
0 mm 0.4 mm 1 mm
敏感频带作为特征量，对不同尺寸裂纹进行检测和
5 0.005 0.008 0.013
识别，具有实际工程应用价值。结果表明：
11 0.077 0.086 0.119
(1) 不锈钢弯板折弯处裂纹缺陷 Lamb 波检测
13 0.012 0.020 0.034
的实验结果与仿真结果基本一致，验证了 Lamb 波
对折弯裂纹缺陷的检测有效性，以及频域有限元仿
表 4 0.5 MHz 敏感频带小波包能量占比
真模型的正确性。
Table 4 0.5 MHz sensitive frequency band
(2) 实验获取的 0.5 MHz、1 MHz 的 S0 模态时
wavelet packet energy
域信号能够检测出深度为 0.4 mm 和 1 mm 的裂纹
裂纹尺寸 缺陷，且能够通过波包幅值变化情况对裂纹尺寸进
敏感频带
0 mm 0.4 mm 1 mm 行识别。
4 0.004 0.005 0.006 (3) 采用 WPT 的方法对时域回波信号进行分
11 0.074 0.103 0.122 析，选出频带11为0.25 MHz、0.5 MHz和1 MHz 的
S0 模态 Lamb 波的敏感频带，能够实现对裂纹缺陷
30 0.010 0.013 0.039
的定量识别，取得更好的检测效果。将检测频率使
表 5 1 MHz 敏感频带小波包能量占比 用范围向低频段延伸，避免了 Lamb 波的多模态性。
Table 5 1 MHz sensitive frequency band 同时，低频 Lamb 波衰减小，有效地提高了其使用
wavelet packet energy 能力。

裂纹尺寸
敏感频带 参 考 文 献
0 mm 0.4 mm 1 mm
[1] 王建. 疲劳裂纹的危害及原因分析 [J]. 金属加工 (热加工),
11 0.036 0.044 0.051
2009(14): 67–69.
16 0.223 0.331 0.364
[2] 孙长保, 胡春阳, 董艳冲. 基于交流电磁场检测技术的裂纹缺
陷信号识别方法 [J]. 无损检测, 2018, 40(7): 54–59.
由表 3∼ 表 5 可以得到，0.25 MHz 检测信号的 Sun Changbao, Hu Chunyang, Dong Yanchong. The crack
敏感频带为 5、11、13；0.5 MHz 的敏感频带为 4、11、 defect signal recognition method based on ACFM[J]. Non-
destructive Testing, 2018, 40(7): 54–59.
30；1 MHz 的敏感频带为 11、16。可见，不同频率 [3] 刘素贞, 孟学艳, 张闯, 等. 金属材料缺陷的电磁超声/涡流复
的S0模态Lamb波检测信号的敏感频带不同。所选 合检测技术研究 [J]. 声学技术, 2018, 37(1): 43–50.
取的敏感频带能量占比均随裂纹尺寸的增大而增 Liu Suzhen, Meng Xueyan, Zhang Chuang, et al. Re-
search on electromagnetic ultrasonic/eddy current com-
大，利用该规律能够对不同尺寸的裂纹缺陷进行识
posite inspection technology for metal material defects[J].
别。且频带 11 对 0.4 mm 和 1 mm 尺寸的裂纹均敏 Technical Acoustics, 2018, 37(1): 43–50.
感，随着裂纹尺寸的增大，频带11 的能量占比增大。 [4] 曲志刚, 武立群, 安阳, 等. 超声导波检测技术的发展与应用
现状 [J]. 天津科技大学学报, 2017, 32(4): 1–8.
故可通过判断频带 11 的能量占比变化对裂纹进行
Qu Zhigang, Wu Liqun, An Yang, et al. Development and
检测并对尺寸的大小进行识别。 application of guided wave ultrasonic testing technique[J].