超声Lamb波的激励及频率调谐Word版文档格式.docx
《超声Lamb波的激励及频率调谐Word版文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超声Lamb波的激励及频率调谐Word版文档格式.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
二零一零年六月
江苏科技大学本科毕业论文
超声Lamb波的激励及频率调谐
TheExcitationandFrequencyTuningofUltrasonicLambWave
毕业设计(论文)任务书
学院名称:
数理学院专业:
应用物理学
学生姓名:
彭加福学号:
0640502112
指导教师:
魏勤职称:
副教授
毕业设计(论文)题目:
一、毕业设计(论文)内容及要求(包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等)
1.提供条件:
PZT压电晶片、厚为3.0mm的铝板、函数发生器、数字示波器、计算机
2.设计内容与要求:
(1)调研收集分析有关资料,总结超声Lamb波在无损检测中的应用及国内外研究发展状况;
(2)推导自由板中Lamb波的频散方程,并用Matlab进行数值求解;
(3)准备PZT压电晶片,接入电极并用聚合树脂将其粘结到薄铝板上;
(4)用相关软件调制各种窗口调制的正弦信号,包括Gaussian窗、Hamming窗和Hanning窗;
(5)在铝板中激励并接受Lamb波信号,对信号进行处理、分析;
(6)撰写论文。
二、完成后应交的作业(包括各种说明书、图纸等)
1.毕业设计论文一份(不少于1.5万字);
2.外文译文一篇(不少于5000英文单词);
3.相关数据处理图像及Matlab数值计算程序。
二、完成日期及进度
2010年2月27日至2010年6月5日,共12周。
进度安排:
(1)2月27日-3月5日,查阅资料、调研,完成开题报告;
(2)3月6日-4月10日,完成理论推导及Matlab数值计算;
(3)4月11日-5月10日,完成实验部分及撰写部分毕业论文;
(4)5月11日-5月20日,数据处理及完成毕业论文初稿;
(5)5月21日-6月14日,论文修改及答辩PPT制作;
(6)6月15日,毕业答辩。
四、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等):
[1]Z.Q.Su,L.Ye,Y.Lu.GuidedLambwavesforidentificationofdamageincompositestructures:
Areview[J].JournalofSoundandVibration.2006,295:
753-780.
[2]M.Rguiti,S.Grondel,F.E.youbi,etal.Optimizedpiezoelectricsensorforaspecificapplication:
DetectionofLambwaves[J].SensorsandActuatorsA.2006,126:
362-368.
[3]李家伟,陈积懋.无损检测手册[M].机械工业出版社.2002年:
206-214.
[4]D.Leduc,B.Morvan,A.C.Hladky,etal.InteractionofLambwaveswithagratingcomposedoftwospatialperiodicities:
Studyindualspace[J].NDT&
EInternational.2009,42:
513-517.
[5]孙亚杰,袁慎芳,邱雷,等.基于Lamb波相控阵和图像增强方法的损伤监测[J].航空学报.2009,30(7):
1325-1330.
[6]H.S.Yoon,R.DeCicco.Lambwaveexcitationanddetectionwithsmartfastenersforstructuralhealthmonitoring[J].Proc.SPIE.2010,7649(14):
2412-2422.
[7]J.S.Leng,A.Asundi.StructuralhealthmonitoringofsmartcompositematerialsbyusingEFPIandFBGsensors[J].SensorsandActuatorsA:
Physical.2003,103(3):
330-340.
[8]王强,袁慎芳.无参考主动Lamb波结构损伤时反成像监测方法[J].航空学报.2010,31
(1):
178-183.
[9]张海燕,他得安,刘镇清,著.层状各向异性复合板中的兰姆波[M].科学出版社.2008年:
138-156.
[10]王珅,黄松岭,赵伟.平板和管道周向Lamb波频散和波结构特性[J].清华大学学报(自然科学版).2009,49(7):
925-928.
系(教研室)主任:
(签章)年月日
学院主管领导:
(签章)年月日
摘要
基于Lamb波的材料损伤检测和结构健康监测在航空工业、船舶制造、土木工程和智能材料等领域得到了广泛的研究和应用。
本课题在研究超声Lamb波波动理论的基础上分析板中Lamb波的传播特性,并求出自由板中Lamb波频散方程的数值解。
利用Gaussian函数、Hamming窗和Hanning窗对正弦信号进行调制,然后采用调制后的脉冲猝发信号对粘结在铝薄板表面的正方形PZT压电晶片进行激励,从而在铝薄板中产生并采集Lamb波。
重点研究了各向同性铝薄板中Lamb波的传播特性、频散特性、模式识别、模式选择和频率调谐。
对时域信号的分析结果表明,激励频率在10~200kHz范围内能在板内得到明显的Lamb波信号,120~150kHz时发生谐振,采集的信号最强;
对信号进行频域分析时发现,各种激励波形产生的Lamb波信号都发生了频散现象,其中采用正弦单周期信号激励时板中Lamb波的频散现象最严重,而采用Hamming窗调制的五步波脉冲信号激励时频散最小,适合作为激励信号;
实验测试了各种频率下A0和S0模式Lamb波的群速度并与理论值相比较,发现实验结果与数值解接近。
实验还研究了采用不同波形激励时不同模式(A0和S0)Lamb波的强度随频率的变化关系,结果发现在20~60kHz和100~150kHz两区间内,A0和S0模式Lamb波的强度有明显差异。
因此,可以通过选择适当的激励频率来获得模式单一性好、强度高、对某类缺陷敏感的Lamb波。
关键词:
超声兰姆波;
激励与接收;
频散特性;
模式识别与选择;
各向同性铝薄板
Abstract
MaterialdamagedetectionandstructuralhealthmonitoringbasedonLambwavearewidelystudiedandappliedintheareasofaerospaceindustry,shipmanufacturing,civilengineeringandsmartmaterial.Inthisresearch,thepropagationcharacteristicsofLambwavewereanalyzedbythestudyofthewavetheoremofLambwaveinplate,andthenumericalsolutionsofdispersionequationofLambwaveinfreeplatewerealsocalculated.ExcitationsignalsinavarietyofwaveformswereobtainedviamodulatingthesinusoidalwaveformbyGaussianfunction,HammingwindowandHanningwindow.ThenLambwavewasactuatedandcollectedinthethinaluminiumplatebysquarePZTcrystalwaferwhichbondedonthethinaluminiumplate.Themajoremphasisisplacedonthepropagationcharacteristics,dispersioncharacteristics,modeidentification,modeselectionandfrequencytuningofLambwaveinthethinisotropicaluminiumplate.Thetime-domainanalysisshowsthatapparentLambwavesignalsweredetectedwhentheexcitationfrequencyrangesfrom10kHzto200kHz,inwhich,themostintensivesignalwasdetectedunderafrequencyabout120~150kHzduetotheharmonicoscillation;
Thefrequency-domainanalysisindicatesthatdispersionphenomenonofLambwaveexistsunderanyconditionsoftheexcitationsignal,inwhich,theLambwaveexcitedbyasingle-cyclesinusoidalburstpulseshowsaseriousfrequencydispersion,whiletheLambwaveexcitedbyaHammingwindowmodulatedfive-stepwaveformburstpulseshowsthelowestfrequencydispersion.Therefore,thelateristhemostworkableexcitationsignal.ThegroupvelocityofbothA0andS0modesweremeasured,whichareclosedtothetheoreticalresults.TherelationshipbetweenfrequencyandsignalintensityofbothA0andS0modesunderdifferentconditionsofexcitationwaveformswerestudiedexperimentallytofindtheintensityofA0andS0modesshowanapparentdifferencewhentheexcitationfrequencyb