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超声导波传播的半解析有限元分析
| 论文题名： | 超声导波传播的半解析有限元分析 |
| 关键词： | 钢轨检测;超声导波;传播特性;半解析有限元法 |
| 摘要： | 半解析有限元法(SAFE)可以用于求解结构材质复杂的介质中导波的传播特性。SAFE假设导波以简谐波的方式沿着波导介质传播，这样只需要沿着波导截面进行有限元网格的划分，在传播方向上用简谐表达式表示波的传播，从而比有限元方法具有更高的计算速度。因为在描述截面时采用有限元法，对于任何截面形状的波导介质，SAFE方法都可以通过将其截面划分成若干有限单元的方法进行模拟，从而获得比传统解析法更广泛的应用。采用半解析有限元法分析钢轨中导波传播的特性对钢轨检测中换能器的设计和实际检测有很好的指导意义。 本文介绍了国内外超声导波检测技术的发展现状，比较了有限元法和半解析有限元法的研究和应用。首先介绍了导波的相关基础知识，以各向同性自由铝板为例详细说明了半解析有限元法分析导波传播特性的原理，绘制了铝板中Lamb波的相速度、群速度频散曲线，并通过实验测得铝板中传播的兰姆波信号，采用二维傅里叶变换做信号提取和分析后对兰姆波进行了模态分析与识别。对比理论分析与实验结果，证实了半解析有限元法在分析导波传播特性中的有效性。其次，利用Lamb波检测钛合金板中不同大小的刻槽和圆孔缺陷。通过半解析有限元法获得检测所用模态，用可变角探头同时激励和接收导波，最后根据示波器显示的回波特点来判断缺陷的大小和位置，实验证明不同类型的缺陷对导波的反射情况不同。最后，本文将半解析有限元法应用到钢轨导波的分析中。以1.5m长50kg/m钢轨为研究对象，利用夹心式低频压电换能器在钢轨中激发导波，通过半功率法计算钢轨阻尼因子，结合半解析有限元法获得的导波群速度，最后求得钢轨衰减率。希望本文工作能在大家今后的工作学习或科研中起到一定的参考和借鉴作用。 |
| 作者： | 霍宇森 |
| 专业： | 光学 |
| 导师： | 滕永平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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