中图分类号：TP115.285
论文编号：10006BY0307120
博 士学位论文
铝蒙皮蜂窝板粘接质量的超声导波检测技术基础研究
作者姓名冯占英
学科专业机械电子工程
指导教师周正干教授
培养学院机械工程及自动化学院
Basic Research on Bond Quality Inspection of Aluminum Skin Honeycomb Core Sandwich Structure wi
th
Ultrasonic Guided Waves
A Dissertation Submitted for the Degree of Doctor of Philosophy
Candidate：Feng Zhanying
Supervisor：Prof. Zhou Zhenggan
School of Mechanical Engineering & Automation
Beihang University, Beijing, China
中图分类号：TP115.285
论文编号：10006BY0307120
博士学位论文
铝蒙皮蜂窝板粘接质量的超声
导波检测技术基础研究
作者姓名冯占英申请学位级别工学博士
指导教师姓名周正干职称教授
学科专业机械电子工程研究方向超声波无损检测
学习时间自 2003 年 09 月 10 日起至 2008 年 6 月 10 日止
论文提交日期 2008 年 6 月 13 日论文答辩日期 2008 年 7 月 7 日学位授予单位北京航空航天大学学位授予日期年月日
关于学位论文的独创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
学位论文作者签名：日期：年月日
摘要
为了实现铝蒙皮蜂窝板粘接质量的快速无损检测，研究了铝蒙皮蜂窝板粘接质量超声导波检测的相关理论和方法，设计了一套铝蒙皮蜂窝板粘接质量超声导波检测系统。
首先研究了单层板和双层板中导波的相关理论。建立了薄铝板和双层板中导波的数学模型，编程计算了导波的频散曲线，分析了导波的波结构，采用有限元法分别对薄铝板和双层板中的导波做了数值仿真。针对胶接结构中一般比较薄的胶层，研究了胶层对铝蒙皮蜂窝板中导波产生的影响。
接着设计了铝蒙皮蜂窝板的超声导波检测系统。确定了探头频率，选择了导波检测模式，设计了超声导波的激励和接收方式，编写了超声导波检测系统的控制软件，在此期间，提取了检测脱粘缺陷的第一个特征值：信号电压幅值。
然后针对导波信号的非平稳特性和频散现象，研究了超声导波信号的处理方法。采用均值平滑滤波法和小波降噪法对信号进行了降噪处理，消除了信号中的大部分随机噪声；分别用短时傅立叶变换和小波变换两种时频分析方法对导波信号进行了时频分析，得到了导波传播过程中模式发生变换的相关情况；采用Mallat 算法对导波信号进行了多分辨率分析，提取了脱粘缺陷判别的第二个特征值：d3小波细节信号。
最后分别采用S0和A0模式分别对不同的脱粘缺陷和对铝蒙皮蜂窝板试样的脱粘缺陷进行了检测试验，针对一发一收检测方式不能对缺陷进行定位和大小判断的不足，提出了X-Y二维线扫描叉乘叠加法对一发一收检测方式下的导波线扫描成像方法。试验结果表明：采用频厚积为1.5MHz-mm的A0模式对铝蒙皮蜂窝板脱粘缺陷的检测效果较好，利用X-Y二维线扫描叉乘叠加法可有效实现一发一收检测方式下导波信号成像。与传统超声波穿透法相比，采用导波法检测蜂窝板试样，其检测效率可提高27.5倍。
关键词：超声检测，导波，蜂窝板，粘结质量
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