Page 65 - 无损检测2023年第十一期
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胡权耀, 等:
多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法
, ) 的角度 - ,
, , 均为6.9GPa ; 剪切模量G 12 G 13
控制阵列 Lamb波在任意聚焦点F ( r 0 θ 0 性模量E 1 E 2 E 3
F
距离聚焦, 的变换使得阵列 Lamb波聚焦位置变 均为4.65GPa , G 23 为1.6GPa ; 泊松比 μ 12 μ 13 均
,
φ n
换, 从而实现对结构的逐点聚焦扫查。当聚焦位置 为0.344 , / /
μ 23 为0.46 ; 单层板铺层顺序为[ 0 2 90 4
与损伤位置重合时, 损伤处产生一个能量较大的散 0 2 s
], 每层厚度为0.125m ; 板的尺寸( 长×宽×高)
射波, 该散射波经过一段时间传播后被接收端各阵 为1000mm×1000mm×2mm , 以板中心为原点
元接收。对接收端各阵元响应信号进行处理, 加窗 建立坐标系, MIMO 阵列发射端阵列中心坐标为
去除直达波和边界发射, 得到只包含损伤散射的信 ( 0 , 0 ), 接收端阵列中心坐标为( -160 , 0 ), 两阵列间
号, 将 第 m 个 接 收 阵 元 的 损 伤 散 射 信 号 记 为 距均为10mm , 玻璃纤维板及阵列布置示意如图
()。对于整个接收端, 所接收到的所有损伤散
x m t 5 ( a ) 所示。
射信号表示为矩阵形式 如图5 ( b ) 和5 ( c ) 所示, 通过相位控制和频相联控
X ( t ) [ x 1t (),…, x M t T 对点( 300mm , 0° ) 进行聚焦, 令相位控制各阵元频率和
(),…, x m t
=
()] ( 10 )
式中: M 为接收阵元总数。 频相联控基准频率 f 0 均为50kHz , 频相联控频率偏移
再对X ( t ) 的协方差矩阵进行特征值分解, 然后 分别为-3 , -2 , -1 , 0 , 1 , 2 , 3kHz , 各阵元频率为47 ,
利用 MUSIC算法, 通过发射阵列导向矢量和接收 48 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53kHz , 图中, 频相联控聚焦的波阵面
阵列导向矢量等参量进行损伤位置估计。 能量更为集中, 对点的聚焦能力更强。基准频率和频
偏不变, 用频相联控方式对点( 300mm , 105° ) 进行聚
3 仿真与试验
焦, 聚焦信号在玻璃纤维板中的各时刻传播情况如图6
3.1 仿真分析 所示。图6中, 各阵激励信号于 t=0.25ms时刻聚焦
在 ABAQUS 有限元仿真软件中建立结构模 至损伤位置, 并产生一个损伤散射波, 该散射波在
型, 选用玻璃纤维板( 含损伤) 为模拟对象, 材料的弹 0.45ms 时刻被接收阵列接收。
图5 仿真结构模型及两种聚焦方式对比
如图7 ( a ) 所示, 接收阵列各阵元响应信号由3 谱估计结果如图7 ( b ) 所示, 谱峰位置为损伤定位成
部分组成, 第一个波包为直达波, 第二个波包为损伤 像结果, 为( 298mm , 104° ), 与实际损伤位置的距
散射, 之后的波包为边界反射, 加窗取出散射信号, 离误差为2mm , 角度误差为1° , 定位结果与实际位
计算协方差及特征值, 根据 MUSIC 算法得到空间 置较符合。
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2023年 第45卷 第11期
无损检测
