Page 60 - 无损检测2024年第十二期

辛昊松，等：

基于超声共振谱的结构缺陷无损检测

表5 试块1仿真与测试所得的固有频率误差
阶数 f sim /Hz f test /Hz e/%
6 152 125 152 225 0.066
7 155 200 155 950 0.483
8 183 575 183 825 0.136
9 197 250 198 350 0.558
10 202 250 200 375 -0.927
11 212 275 213 050 0.365
12 213 250 213 925 0.317
13 215 550 215 475 -0.035
14 216 525 216 000 -0.242
图 15 测量试块 1,2 所得的超声共振谱
15 219 525 219 825 0.137
16 219 825 220 100 0.125 4 结语
17 230 400 230 325 -0.033
（1）通过COMSOL有限元仿真的特征频率模

18 230 600 230 950 0.152
式计算了结构自由振动的固有频率，通过频域分析
19 232 825 233 400 0.247
20 234 825 235 925 0.468 模式仿真得到了超声共振谱，并提取了共振峰对应
21 240 825 241 175 0.145 的频率，将两组频率进行比较，证明超声共振谱能有
22 250 800 251 175 0.150
效提取结构的固有频率。
23 253 400 252000 -0.552
（2）通过COMSOL有限元仿真的频域分析模

24 260 225 261 300 0.413
式仿真得到了立方体铝块的超声共振谱，研究了当
表6 试块2仿真与测试所得的固有频率误差 结构存在缺陷时固有频率的变化，结果表明，当缺陷
阶数 f sim /Hz f test /Hz e/% 位于不同位置时，存在相同大小缺陷结构的固有频
6 151 925 151 500 -0.280
率与无缺陷结构的固有频率的差值随模态阶数变化
7 154 300 155 025 0.470
的趋势不同；当缺陷位于相同位置时，存在不同大小
8 183 400 185 825 1.322
缺陷结构的固有频率与无缺陷结构的固有频率的差
9 197 350 198 750 0.709
值随模态阶数变化的趋势相似；当缺陷位于相同位
10 197 725 200 350 1.328
11 209 950 213 350 1.619 置时，缺陷越大，含缺陷结构与无缺陷结构的同一阶
12 212 850 214 275 0.669 固有频率的差越大。故，可以通过超声共振谱来判
13 215 625 215 250 -0.174 断缺陷位置与大小。
14 215 700 215 375 -0.151
（3）通过试验测量得到了无缺陷和有缺陷试块

15 219 575 221 450 0.854
的超声共振谱，并与有限元仿真得到的超声共振谱
16 219 675 221 675 0.910
进行比较，验证了有限元仿真获得的超声共振谱的
17 228 925 229 575 0.284
准确性。
18 231 150 231 225 0.032

19 231 700 233 225 0.658 （4）通过试验测量得到的无缺陷和有缺陷试块
20 233 550 234 400 0.364 的超声共振谱共振峰存在明显差异，验证了超声共
21 240 650 242 500 0.769 振谱可以用于判断结构是否存在缺陷的结论。
22 247 825 250 525 1.089
本文获“2024 Evident杯超声检测技术优秀论文
23 249 800 251 450 0.661
评选”活动三等奖。
24 260 275 262 150 0.720
可见，当结构存在缺陷时，超声共振谱的共振峰相对 参考文献：
于无缺陷结构的共振峰有明显偏移，说明结构缺陷 [1] 付宗周. 碳纤维复合材料孔隙率超声检测与评价[J]. 无
确实会对超声共振谱产生影响，通过超声共振谱来 损检测，2023，45（9）：33-38，73．
判断结构是否存在缺陷是可行的。 [2] 张林文，朱妍，朱毅. X射线数字成像技术在预应力索灌

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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测