Page 54 - 无损检测2024年第十二期

活动获奖论文
杯超声检测技术优秀论文评选”
“2024 Evident 杯超声检测技术优秀论文评选” 活动获奖论文
“2024 Evident
DOI：10.11973/wsjc240060

基于超声共振谱的结构缺陷无损检测

辛昊松 ，郝 路 ，潘永东 1
2
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（1. 同济大学 航空航天与力学学院，上海 200092；2. 东南大学 土木工程学院，南京 210096）
摘 要：超声共振谱是一种利用超声激励样本产生自由振动反演材料力学特性的无损检测方
法。首先利用有限元仿真技术研究结构缺陷位置与缺陷大小对超声共振谱及其固有频率的影响，
结果表明利用超声共振谱提取的共振频率可以有效判断出结构缺陷所在位置和大小；然后通过试
验得到了无缺陷和有缺陷试块的超声共振谱，并进行比较，验证了利用超声共振谱判断结构是否存
在缺陷的可行性；最后对有限元仿真所得的超声共振谱与试验所得的超声共振谱进行比较，验证了
有限元仿真的准确性。通过仿真和试验研究证明了基于超声共振谱的结构缺陷无损检测方法具有
一定的理论和应用价值。
关键词：超声共振谱；固有频率；结构缺陷；无损检测

中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)12-0020-08

Nondestructive testing for structural defects based on ultrasonic resonance spectroscopy

XIN Haosong , HAO Lu , PAN Yongdong 1
2
1
（1. School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China）
Abstract: Ultrasonic resonance spectroscopy is a nondestructive method used to test materials by generating free
vibrations using ultrasonic excitation. This method can be used to determine the mechanical properties of materials. In this
article, finite element simulation technology was used to study the impact of structural defects on the ultrasonic resonance
spectrum and natural frequency. The results showed that the resonance frequency obtained from the ultrasonic resonance
spectrum can determine the location and size of structural defects. In addition, the ultrasonic resonance spectra of test
blocks with and without defects were obtained through experimental research. By comparing the two spectra, it was
confirmed that ultrasonic resonance spectroscopy can accurately detect structural defects. Finally, the accuracy of finite
element simulation was verified by comparing the results with those obtained from experiments. Through simulation and
experimental research, it has been proven that ultrasonic resonance spectroscopy is a valuable non-destructive testing
method for detecting structural defects.
Key words: ultrasonic resonance spectroscopy; natural frequency; structural defect; nondestructive testing

物体的内部缺陷会对结构的力学性能产生显著 测技术包括目视检测、超声检测 、射线检测 、磁粉
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影响，如何有效检测结构的内部缺陷是相关科研工 检测 、涡流检测 、渗透检测 等。选取合适的无
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作者致力研究的目标，国内外的许多学者都在开展 损检测方法可以有效地检测结构的相关物理特性，
有关结构内部缺陷的无损检测研究。常规的无损检 从而对结构内部是否存在缺陷，以及缺陷的位置和
类型进行判别。超声共振谱技术属于超声学的范畴，
收稿日期：2024-02-10 在20世纪60年代开始得到应用，主要应用于弹性常
基金项目：中国自然科学基金（5202T816） 数的测量。该技术通过超声换能器对结构进行扫频
作者简介：辛昊松(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向为超
激励，检测出结构的共振频率，在已知结构尺寸、密
声无损检测和结构振动
度的情况下可以反演出材料的弹性常数。当结构的
通信作者：潘永东（1967—），男，教授，博士生导师，主要研究方
向为激光超声和材料超声无损评估，ypan@tongji.edu.cn 内部存在裂纹或者缺陷时，结构的共振频率就会发
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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测