SH波的激發(fā)及與金屬板中損傷相互作用

張超瑾，徐桂東

(江蘇大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

SH波的激發(fā)及與金屬板中損傷相互作用

張超瑾，徐桂東

(江蘇大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

針對(duì)金屬板中腐蝕損傷的檢測(cè)，建立d36型壓電晶片激發(fā)SH波及與損傷相互作用的有限元數(shù)值模型。利用d36型壓電晶片激發(fā)的導(dǎo)波場(chǎng)數(shù)據(jù)，研究各模態(tài)導(dǎo)波的傳播方向和幅值特征；通過(guò)比較SH0波和S0波與損傷相互作用的反射系數(shù)，討論板中不同曲率與深度的腐蝕損傷對(duì)SH0波和S0波的傳輸響應(yīng)。模擬研究表明：選擇合適的激勵(lì)頻率能提高d36型壓電晶片激發(fā)SH波的效率；與S0波相比，SH0波對(duì)腐蝕損傷具有更高的敏感度。研究結(jié)果為金屬板材中腐蝕損傷的高靈敏度檢測(cè)提供了參考。

腐蝕損傷；SH波；反射系數(shù)；有限元法

相比傳統(tǒng)的體波損傷檢測(cè)，超聲導(dǎo)波具有傳播距離遠(yuǎn)，能量損失低等優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)/無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在薄板結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)波可分為L(zhǎng)amb波和水平剪切( Shear Horizontal，SH)波。其中Lamb波已有多項(xiàng)研究成果用于損傷檢測(cè)[1-2]，然而其固有的多模態(tài)和色散等特征使得接收信號(hào)的解讀具有一定的挑戰(zhàn)。相比于Lamb波，SH波在頻率低于其一階截止頻率時(shí)，具有模態(tài)單一且在各向同性板內(nèi)無(wú)色散的優(yōu)點(diǎn)。因此SH波在超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域極具研究?jī)r(jià)值。

基于SH波的各類結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)已經(jīng)取得一系列研究成果，如焊接處[3]和復(fù)合梁結(jié)構(gòu)中[4]損傷的檢測(cè)，換能器與待測(cè)結(jié)構(gòu)間連接狀況的判斷[5]。傳統(tǒng)的SH波激發(fā)通常使用電磁聲換能器(EMAT)，但有研究表明待測(cè)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性能會(huì)限制EMAT的激發(fā)效率[6]。……