Page 69 - 无损检测2022年第七期

李一凡,等:
多层板缺陷的超声 Lamb波检测

声波传播过程的, 所以通过位移波结构判断板中各 态4个模态, 各模态的位移波结构如图4所示。
点的振动方向及幅值可以作为 Lamb波缺陷检测的
参考依据。考虑到实际检测中 Lamb波应当具有稳
定的群速度, 以及各模态之间群速度应当有明显的
差异以便 对 波 包 进 行 识 别, 文 章 在 低 频 段 选 择 了

0.2MHz 、 高频段选择了 1 MHz作为研究对象, 分
别分析了两个频率下 Lamb波各模态的位移波结构
分布特征。
根据2.1 节中的频散曲线, 在 0.2 MHz的频率

下, 多层结构只激发出 A0 模态和 S0 模态两个基本
模态, 其位移波结构如图 3 所示。由图 3 可知, 虽然
所给多层结构的板层材料属性是非对称的, 但低频条
件下其位移波结构也近似呈对称分布或反对称分布。
该多层结构中 Lamb波的 A0模态中离面位移的幅值
高于面内位移的幅值, 其离面位移和面内位移关于板
中线呈反对称分布。 S0 模态中面内位移的幅值高于
离面位移的幅值, 其离面位移呈对称分布, 面内位移
近似呈反对称分布。多层模型中 A0模态、 S0模态的
面内位移在金属板层间均有明显的分层。

图 4 多层结构 1 MHz下的位移波结构

高频条件下, 由于所给多层结构的板层材料属

图 3 多层结构 0.2 MHz下的位移波结构 性是非对称的, 其位移波结构不呈对称分布或反对
综上, 低频条件下多层板中 Lamb 波各模态在 称分布。多层结构中 A0 模态的离面位移与面内位
板中沿全板厚进行传播, 即 A0 模态、 S0 模 态均可 移主要分布在铜板层中, 其能量主要在铜板层中传
对多层板任意板层中的缺陷进行检测, 但同时也难 播。 S0 模态的离面位移与面内位移主要分布在钢
以据此判断出缺陷位于哪一板层中。 板层中, 其能量主要在钢板层中传播。 A1 模态以面
2.3 高频位移波结构分析 内位移为主, 其面内位移主要分布于铜板层中, 在钢
类似的, 根据2.节中的频散曲线, 在1MHz频率 板层和铝板层中较小。 S1 模态同样以面内位移为

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条件下, 该结构产生 A0模态、 S0模态、 A1模态、 S1模 主, 面内位移主要分布于铝板层中, 离面位移趋近于
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2022 年 第 44 卷 第 7 期
无损检测