激光在粘接缺陷结构材料中激发超声及波形参数提取研究

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材料粘接是实现产品的简便组装和特性改善的重要途径,在现代工业制造领域有着广泛的应用。粘接过程中引入的隐藏在粘接材料内部的不同形式的粘接缺陷不易被发觉,且直接影响产品的使用性能,因此发展材料粘接缺陷的非接触无损检测技术具有重要实用意义。论文在深入资料调研的基础上,引入激光超声检测粘接结构材料中隐藏缺陷的技术思路。在理论上,给出了激光在材料中激发超声波过程的物理模型,并以此为基础,编写了激光在粘接结构材料中激发超声波的有限元仿真程序。通过大量有限元仿真实验,得到了含不同缺陷的石英-钨粘接材料中激光激发超声波的空间全场分布图,直观显示了缺陷对激光超声的声场分布的影响。在此基础上,利用激光激发超声波的时域信号,讨论了缺陷宽度、深度等参数对激光超声缺陷信号的影响,得到了缺陷参数对激光超声缺陷信号的影响规律。论文还引入最大熵谱分析法估计激光超声缺陷信号的中心频率偏移,反演得到了粘接接缺陷的深度参数;引入傅里叶谱分析法提取激光超声信号的频域衰减系数和缺陷信号能量,反演粘接缺陷的深度参数;还利用小波分析的时频信号,反演粘接缺陷的深度参数。经有限元仿真实验验证,上述方法反演提取的缺陷深度参数与理论仿真实验设置参数均有较好的一致性,但是相比较而言,小波分析方法反演提取缺陷深度参数最为准确。论文研究工作对于将激光超声检测技术推广应用到粘接结构材料中隐藏缺陷的检测有一定的参考价值。
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