一种板件的腐蚀检测方法技术

本发明专利技术涉及机械结构健康监测领域，具体为一种板件的腐蚀检测方法，包括如下步骤：将待测板件的参数代入频率方程计算多模态导波的相速度和群速度频散曲线；根据各模态导波群速度频散曲线的斜率可以确定其腐蚀灵敏度，选择两个工作模态并确定各自的工作频率；对板件施加宽带激励以产生多模态导波，并在板件待检测区域边缘处检测导波，获得选定的两个工作模态在各自工作频率下的飞行时间；计算两个工作模态在各自工作频率下的飞行时间之比；将待检测区域划分网格，根据对应网格与各个传播路径的位置关系以及各个传播路径的腐蚀指数得到该网格的缺陷分布概率。本发明专利技术解决了因腐蚀导致的安全事故和损失，实现了对于板件腐蚀的检测，提高了设备安全性。提高了设备安全性。提高了设备安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种板件的腐蚀检测方法


[0001]本专利技术涉及一种板件的腐蚀检测方法，属于机械健康监测领域。

技术介绍

[0002]腐蚀是设备与构件的重要破坏形式之一，它与断裂、磨损一起构成了材料在使用过程中的三大重要破坏形式，常导致设备早期失效或意外事故，造成巨大损失。腐蚀永远都是“正在进行时”，在热力学上，除了极少数贵金属(Au、Pt等)外，一般材料发生腐蚀都是一个自发过程。腐蚀破裂造成“跑、冒、滴、漏”，不仅浪费资源、能源和污染环境，还会造成火灾爆炸事故。材料在腐蚀介质作用下，会导致壁厚减薄、开裂及材料组织结构改变使材料力学性能降低，造成设备因承载能力不足而发生断裂，从而引发安全事故。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种板件的腐蚀检测方法，用以解决板件的腐蚀检测问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0005]本专利技术的一种板件的腐蚀检测方法，包括如下步骤：
[0006]1)将待测板件的密度、杨氏模量、泊松比和厚度参数代入频率方程计算多模态导波的相速度和群速度频散曲线；
[0007]2)根据各模态导波群速度频散曲线的斜率可以确定其对腐蚀损伤的灵敏度，选择两个工作模态并确定其各自的工作频率；
[0008]3)对板件施加宽带激励以产生多模态导波，并在板件待检测区域边缘处检测导波，获得选定的两个工作模态在其各自工作频率下的飞行时间；
[0009]4)计算两个工作模态在其各自工作频率下的飞行时间之比，该比值即为对应传播路径在待检测区域的腐蚀指数；
[0010]5)将待检测区域划分网格，根据对应网格与各个传播路径的位置关系以及各个传播路径的腐蚀指数得到该网格的缺陷分布概率。
[0011]有益效果为：本专利技术提出了一种板件的腐蚀检测方法。通过对板件施加宽带激励，可以产生多模态导波。由于腐蚀会减少板件厚度，而板件的厚度会改变导波在板件中的传输速度，并且厚度的改变对于不同模态的导波传输速度的影响是不同的，因此本专利技术可以通过不同模态的速度变化比来预估腐蚀部位。通过在板件待检测区域边缘处检测导波，可以获得导波飞行时间。由于导波的飞行距离是一定的，因此通过计算不同模态导波的飞行时间之比，可以确定不同模态导波的速度变化之比，从而得到传播路径上对应待检测区域的腐蚀指数。进一步，将检测区域划分网格，通过各个网格相对传播路径的位置关系与各个网格的腐蚀指数来共同计算该网格的缺陷概率，实现了对腐蚀部位的预测。
[0012]进一步地，步骤1)中，导波的相速度频散曲线由Rayleigh
‑
Lamb频率方程计算，对称模态满足
[0013][0014]反对称模态满足：
[0015][0016]其中，参数p的计算公式为参数q的计算公式为ω为角频率/rad，c
L
为纵波波速，k为波数，c
T
为横波波速，d为定板厚度。
[0017]有益效果为：通过上述公式完成对称模态和反对称模态的计算。
[0018]进一步地，步骤3)中，导波飞行时间为导波到达时间与发射时间的差值；所述导波到达时间为包络曲线的峰值，其中包络曲线是对选择的导波模态的窄带响应通过希尔伯特变换得到的；所述导波模态包括对称模态和反对称模态。
[0019]有益效果为：通过对导波模态的窄带响应进行希尔伯特变换，可以得到包络曲线，将包络曲线的峰值当做对应的到达时间，可以获取导波的到达时间，从而便于对导波飞行时间的计算，从而进一步的完成对于群速度的计算。
[0020]进一步地，根据腐蚀的敏感性选择导波模态，导波模态对腐蚀的敏感性通过板件厚度变化引起的导波速度变化量的大小来确定，选择对腐蚀的敏感性高且在结构厚度变薄的条件下群速度变化趋势相反的两种导波模态作为工作模态。
[0021]有益效果为：在进行导波模态的选择时，选择对于板件厚度变化敏感度高且在结构厚度变薄的条件下群速度变化趋势相反的两种导波模态，，也就意味着腐蚀对所选的两种模态的导波速度的影响差异更加明显，它们飞行时间的比值偏差更大，使检测结果更加准确且精度更高。因此在进行导波模态的选择时，需要对对称模态和反对称模态进行多次的数据测试，从而选择更加合适的导波模态。
[0022]进一步地，在选择导波模态时，通过监测波包从激励位置传播到接收位置所需的飞行时间变化量来确定导波速度变化量。
[0023]有益效果为：在选择模态时，导波的速度变化量难以计算，因此通过计算导波的飞行时间的变化量来反映导波速度的变化量。
[0024]进一步地，所述飞行时间变化量的计算公式为：
[0025][0026]有益效果为：获取了飞行时间的变化量，根据上述公式能够更加准确的计算速度变化量，从而能够选择所选的导波模态。
[0027]进一步地，所述对称模态的响应为：
[0028]u
s
(t)＝∫E(ω)H
S
(ω)e
iωt
dω＝∫E(ω)[H
u
(ω)+H
b
(ω)]e
iωt
dω
[0029]其中，E(ω)是对称模态的响应e(t)的傅立叶变换，H
u
(ω)和H
b
(ω)分别是根据上下换能器的接收信号估计得到的系统传递函数，H
S
(ω)为对称模态；
[0030]所述反对称模态的响应为：
[0031]u
a
(t)＝∫E(ω)H
A
(ω)e
iωt
dω＝∫E(ω)[H
u
(ω)
‑
H
b
(ω)]e
iωt
dω
[0032]其中，E(ω)是反对称模态的响应e(t)的傅立叶变换，H
u
(ω)和H
b
(ω)分别是根据上下换能器的接收信号估计得到的系统传递函数，H
A
(ω)为反对称模态。
[0033]有益效果为：通过上述公式完成对称模态和反对称模态响应的计算。
[0034]进一步地，腐蚀指数CI
n
的计算方法为：
[0035][0036]其中，t
tof1
为第一工作模态的导波的飞行时间，t
tof2
为第二工作模态的导波的飞行时间，L为激励位置到接收位置的长度，l为导波穿过腐蚀区域的的长度，为第一工作模态在腐蚀部位的群速度，为第一工作模态在未被腐蚀部位的群速度，为第二工作模态在腐蚀部位的群速度，为第二工作模态在未被腐蚀部位的群速度。
[0037]有益效果为：通过获取不同模态的飞行时间、穿过腐蚀区域的群速度和穿过未被腐蚀区域的群速度，完成腐蚀指数CI
n
的计算。
[0038]进一步地，相对传感路径的计算方法为：
[0039][0040]其中，(x
n1
,y
n1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种板件的腐蚀检测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将待测板件的参数代入频率方程计算多模态导波的相速度和群速度频散曲线，所述待测板件的参数包括：密度、杨氏模量、泊松比和厚度；2)根据各模态导波群速度频散曲线的斜率确定其对腐蚀损伤的灵敏度，选择两个工作模态并确定各自的工作频率；3)对板件施加宽带激励以产生多模态导波，并在板件待检测区域边缘处检测导波，获得选定的两个工作模态在各自工作频率下的飞行时间；4)计算两个工作模态在各自工作频率下的飞行时间之比，该比值即为对应在待检测区域的腐蚀指数；5)将待检测区域划分网格，根据对应网格与各个传播路径的位置关系以及各个传播路径的腐蚀指数得到该网格的缺陷分布概率。2.根据权利要求1所述板件的腐蚀检测方法，其特征在于，步骤1)中，导波的相速度频散曲线由频率方程计算，对称模态满足：反对称模态满足：其中，参数p的计算公式为：参数q的计算公式为：ω为角频率/rad，c
L
为纵波波速，k为波数，c
T
为横波波速，d为定板厚度。3.根据权利要求1所述板件的腐蚀检测方法，其特征在于，步骤3)中，导波飞行时间为导波到达时间与发射时间的差值；所述导波到达时间为包络曲线的峰值，其中包络曲线是对选择的导波模态的窄带响应通过希尔伯特变换得到的；所述导波模态包括对称模态和反对称模态。4.根据权利要求2所述的板件的腐蚀检测方法，其特征在于，根据对腐蚀的敏感性选择导波模态，导波模态对腐蚀的敏感性通过板件厚度变化引起的导波速度变化量的大小来确定，选择对腐蚀的敏感性高且在结构厚度变薄的条件下群速度变化趋势相反的两种导波模态作为工作模态。5.根据权利要求3所述的板件的腐蚀检测方法，其特征在于，在选择导波模态时，通过监测波包从激励位置传播到接收位置所需的飞行时间变化量来确定导波速度变化量。6.根据权利要求5所述的板件的腐蚀检测方法，其特征在于，所述飞行时间变化量的计算公式为：其中，L为激励位置到接收位置的长度，l为导波穿过腐蚀区域的的长度，c
g
(fd
′
)为腐蚀部位的群速度，c
g
(fd)为未被腐蚀部位的群速度。
7.根据权利要求2所述的板件的腐蚀检测方法，其特征在于，所述对称模态的响应u
s
(t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞宇，都军民，卢丙举，程栋，秦丽萍，张晓乐，李广华，马永，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一三研究所，
类型：发明
国别省市：