板狀結構中多損傷的時間逆轉成像評價研究

許伯強,葉佳佳

(1.江蘇大學 理學院,江蘇 鎮江　212013;2.江蘇大學 機械工程學院,江蘇 鎮江　212013)

板狀結構中多損傷的時間逆轉成像評價研究

許伯強1,葉佳佳2

(1.江蘇大學 理學院,江蘇 鎮江212013;2.江蘇大學 機械工程學院,江蘇 鎮江212013)

摘要基于Mindlin板理論,采用微擾方法分析得到超聲導波與板狀結構微損傷相互作用的散射波場,并利用有限元方法模擬研究含損傷的板狀結構中激光超聲導波場。構建散射波的傳遞矩陣,采用時間逆轉損傷成像評價結構微損傷。將時間逆轉損傷成像結果與超聲相控陣成像結果進行比較。結果表明,相比于傳統的超聲相控陣損傷成像,時間逆轉成像方法靈敏度高,能對板中的多損傷精確識別,且損傷成像精度更精細。

關鍵詞時間逆轉法;有限元法;多損傷成像;板狀結構

Identification of Multi-defects in Plate-like Structure Based on Time-reversal

XU Baiqiang1,YE Jiajia2

(1.School of Science,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China;

2.School of Mechanical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

AbstractBased on Mindlin plate theory,the scattered wave fields of the interaction between ultrasonic guided wave and the micro damages in the plate-like structure are analyzed by means of the small perturbation method.The ultrasonic guided wave in the plate-like structure with damages generated by a pulsed laser is researched by the finite element method (FEM).The transmission matrix of scattered waves is rebuilt,and the images of mini structural damages obtained by the time reversal imaging method are evaluated.The time-reversal imaging method is more sensitive in terms of the reconstructed damage images than the traditional phased array imaging method,offering both accurate identification of multi-damages in the plate-like structure and higher resolution images of damages.

Keywordstime reversal method;FEM;multi-defects imaging;plate-like structure

基于超聲導波的結構健康監測(SHM)/無損檢測(NDE)方法已成功應用于板狀結構的監測與損傷評估[1]。與體波相比較,超聲導波能夠實現長距離、低損耗的傳播,且對板狀結構中的微小損傷具有較高的靈敏度,因此被認為是一種突破局域超聲檢測技術,實現板狀結構中大面積損傷掃描檢測的重要方法[2]。然而,由于導波在板狀結構中傳播時具有多模和頻散特性,基于超聲導波的結構健康監測/無損檢測方法仍面臨著諸多挑戰。

超聲相控陣掃描損傷成像方法具有高空間分辨率、良好的信噪比以及波束可操控性等優點,能夠提高超聲導波無損檢測技術的靈敏度[3]。然而,無法獲得損傷的大小及損傷的嚴重程度等信息。……