Page 71 - 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

所示。
由结果可知, 上下表面的离面位移时域曲线相
一致, 即离面位移呈反对称分布, 符合位移波结构计
算结果。由于采取反对称加载方式, 离面位移信号
中仅观察到 A0 模态信号, S0 模态信号只能在面内
位移 信 号 中 观 察 到。 A0 模 态 直 达 波 传 播 时 间 为

0.0258ms , 计算波包的传播速度( 即 Lamb 波的群
速度), 得到 A0 模态的群速度为 2.33 m · ms , 与

-1
Dis p erse软件计算 所 得 群 速 度 2.37 m · ms 相 吻

-1
合。在 3 种含有缺陷的工况计算结果中均能观察到
明显的缺陷信号, 由缺陷信号的传播时间以及群速

度可以计算出缺陷与信号接收点的距离为30.3mm ,

与实际距 离 30 mm 相 吻 合。结 果 表 明, 低 频 超 声
Lamb波声场遍及多层板的全板厚中, 任意板层中
的缺陷都能与 Lamb 波发生相互作用, 产生缺陷信
号, 只是产生的缺陷信号幅值有所不同。
3.3 高频 Lamb波仿真结果分析

加载 1MHz的高频脉冲信号对多层板进行检
测, 同时减小有限元仿真的网格尺寸及时间增量步
长, 以保证计算的稳定性以及结果的准确性。
1 MHz上下表面接收点的仿真信号如图 8 所

示, 上表面 接 收 信 号 中 只 有 S0 模 态 的 波 包, 其 直

达波的传 播 时 间 为 0.0223 ms , 计 算 得 群 速 度 为

2.69 m · ms , 与 Dis p erse 软 件 计 算 所 得 群 速 度 图 8 1 MHz上下表面接收点的仿真信号

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2.72m · ms 相吻合。 3 种含有缺陷的工况中, 只有 模态主要在钢板层中传播并与其中的缺陷作用产生
-1
当缺陷位于钢板层时能观察到明显的缺陷信号, 同 反射信号。
时计算可得其与接收点的距离为 30.5 mm , 和实际 ( 2 )多层结构中, 低频 Lamb 波可以对任意位

距离相吻合。下表面接收信号以 A0 模态为主, 有 置的缺陷进行检测但无法对缺陷所处板层进行定
幅值较低的 S0 模态信号, A0 模态直达波传播时间 位; 特定频率与模态的高频 Lamb 波可以对多层结

为 0.03 ms , 计 算 得 群 速 度 为 2.00 m · ms , 与 构中特定的板层进行缺陷检测, 并据此判断缺陷所

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Dis p erse软件计算 所 得 群 速 度 2.07 m · ms 相 吻 处板层。
-1
合。 3 种含有缺陷的工况中, 只有当缺陷位于铜板
层时能观察到明显的缺陷信号, 同样计算出其与接 参考文献:
收点的距离为 31mm , 和实际距离基本吻合。结果 [ 1 ] 开建, 韩健, 钟庭生, 等 . 温度对高速列车层合板振动声

表 明, 针 对 文 章 所 示 的 多 层 结 构, 中 心 频 率 为 辐射 的 影 响 [ J ] . 噪 声 与 振 动 控 制, 2018 , 38 ( 04 ):

1MHzLamb波信号的 A0 模态主要在铜板层中传 86-90.
播, S0 模态主要在钢板层中传播。 [ 2 ] 李小丽, 陈新波, 时建云, 等 . 飞机多层结构内层腐蚀损
伤的远场涡流检测与评估[ J ] . 无损检测, 2020 , 42 ( 7 ):
4 结论
35-40.
( 1 )所给多层板结构中, 0.2 MHz的 Lamb 波 [ 3 ] 郑阳, 周进节 . 兰姆波在裂纹处的模态转换及散射特性

沿全板厚传播, 并与任意板层中的缺陷作用产生反 研究[ J ] . 工程力学, 2014 , 31 ( 6 ): 21-29.
[ 4 ] 朱金颖, 陈龙珠, 吴 世 明 . 层 状 板 中 Lamb 波 的 频 散 特

射信号; 1 MHzLamb 波信号的 A0 模态主要在铜
性研究[ J ] . 振动工程学报, 1998 ( 3 ): 119-125.
板层中传播并与其中的缺陷作用产生反射信号, S0
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2022 年 第 44 卷 第 7 期
无损检测