文档介绍：关键词:无损检测、超声波、ABAQUS、有限元
前言: 超声波检测技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础的通用无损检测技术,广泛应用于手工业(探伤、厚度和距离测量、流量和密度测量、清洗、超声焊接)、医疗器械以及海洋探测等领域。
超声波是超声振动在介质中的传播,其实质是以波动性是在弹性介质中传播的机械振动。超声检测是使超声波与被检工件相互作用,根据超声波的反射、透射和散射的行为,对被检工件进行缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的监测和表征,并进而对其应用性进行评价的一种无损检测技术。
对于宏观缺陷的检测,~25MHz的短脉冲波以反射法进行。此时,在试块中传播的声脉冲遇到声特性阻抗(材料密度与声速的相乘积)有变化处(如出现缺陷的地方),则部分入射声能可被反射,根据反射信号的幅度就可对缺陷的大小作出评估。为适应不同类型试件及不同的质量要求,可选用的波形有纵波、横波、瑞利波、兰姆波等。采用特定的扫描显示方式及相应的电子线路可获得试件中缺陷分布及形态的图像。【1】
超声波用于无损检测诊断,主要是因为有以下优点:
无论是金属、非金属,还是复合材料都可应用超声波无损检测进行探伤;
施加给工件的超声强度低,最大作用应力远低于弹性极限,不会对工件使用造成任何影响;
对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深、性质等参量较之其他无损检测方法有综合优势;
仅需从一侧接近被检工件,便于复杂形状工件的检测;
对人体及环境无害;
设备轻便,可做现场检测;
所用参数设置及有关波形均可进行存储,供以后分析调用。
近年来的研究表明,超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性,为超声波的应用提供了丰富的信息,并且成为超声波广泛应用的条件。
超声检测诊断技术是无损检测中应用最为广泛的方法之一,适用于各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝和某些铸件。无论是有色金属和非金属,都可以采用超声法进行检测,包括各种机械零件、结构件、电站设备、船体、锅炉、压力和化工容器、非金属材料等。
就物理性能检测而言,用超声法可以无损检测厚度、材料硬度、淬硬层深度、晶粒度、液位和流量、残余应力和胶接强度等。随着微电子技术的发展和计算机的普遍应用,超声检测仪器和检测方法得到了迅速发展,使超声检测的应用更为普及。目前,微型计算机在超声检测中能够完成数据采集、信息处理、过程控制和记录存储等多种功能。许多超声检测仪器都能把微处理器作为一个部件组装在一起,执行数据处理和图像分析的任务。一些全电脑对话式超声探伤仪,可在屏幕上同时显示回波曲线和检测数据,存储仪器调整状态、缺陷波形和各种操作功能。
作为无损检测的方法之一,超声波检测的局限性主要是:
对缺陷进行精确的定性、定量表征仍需作深入研究;
为使超声波以常用的压电换能器为声源进入试件,一般需用耦合剂;
对形状复杂的工件的检测有一定的限制。【2】
1、平面薄板的超声波测厚理论解分析
在同一介质中传播时,纵波速度大于其他波型的速度,穿透能力强,晶界反射或散射的敏感性差,所以可探测工件的厚度是所有波型中最大的,而且可用于粗晶材料的检测。对缺陷的定位比较方便。
所以,本论文主要应用缺陷回波法纵波法检测的原理。
1、1 平面薄板的超声波检测理论解:
如下面问题:
在给定材料的情况下,分析超声波测厚的原理。如图1-1,一个平面薄板,10,材料的杨氏模量,泊松比,材料密度;
图1-1 平面薄壁的超声波测厚
在AD边上施加位移激励来模拟超声纵波,根据公式:,求得纵波在该材料中的声速大小为,根据超声波的反射原理,当超声波从AD边透入,传播到BC边时会被反射回来。在A处采集结果数据:A处的Y方向位移随时间的变化曲线。从理论上分析,当超声波透入AD边经过一段时间遇到BC边会发生超声波的反射,放射波经过一段时间,会传播至AD边。经计算,反射波到达AD边的时间。也就是说在时刻,A处的检测装置会收到回波信号。
根据回波信号出现的时间以及超声波在材料中传播的声速,可以球的AD边至BC边的距离,即板厚。
1、2 平面薄板的超声波测厚ABAQUS有限元模拟
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ABAQUS建模及其前处理
用2D实体单元来建立薄板,在有限元计算当中,,这样才可避免计算时出现奇异点,,还须注意在波的传播计算中,,但是,并不是单元长度越小越好,较小的单元长度虽然可使计算的精度较高,但计算时间长,,当沿波传播方向的单元长度小于波长的 1/5时,可满足保