金属内部孔状缺陷波形传播路径分析及边界定位

杜蕊 郑宾 郭华玲 张钰龙 赵亚楠

摘  要：为了能够有效检测金属内部缺陷，从有限元基本原理出发，建立二维有限模型。利用激光激励源对具有不同大小及相同埋深的孔洞缺陷的二维有限元模型进行激发，获得纵波波形仿真数据。通过对波形进行分析得出，得出缺陷半径、缺陷上下边界位置计算公式，并与实际信息进行对比，得到的计算误差控制在5%以内，验证了公式的准确性，为缺陷重构提供了一定的理论与数据基础。

关键词：有限元分析  孔状  内部缺陷  边界位置

中图分类号：TU47                            文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）04（b）-0106-03

Analysis of P-Wave Characteristics and Boundary Location of Hole Defects in Metal Interior

DU Rui1  ZHENG Bin1，2  GUO Hualing1，2  ZHANG Yulong1 ZHAO Yanan1

（1. School of Electrical and Control Engineering， North University of China， Taiyuan， Shanxi Province， 030051 China; 2. Shanxi Key Laboratory of Signal Capturing & Processing， North University of China，Taiyuan， Shanxi Province， 030051 China）

Abstract： The two-dimensional finite element model of hole defects with different sizes and depths was established by simulation software， based on the finite element analysis method. And the model was excited by laser excitation source to obtain the simulation data of P-wave waveform. By analyzing the propagation process of P-wave and reflected P-wave and combining the time-time-frequency domain characteristic values of the part， the formulas for calculating the defect radius and the upper and lower boundary position of the defect are obtained. Compared with the actual information， the calculated error is controlled within 5%. It provides a certain theoretical and data basis for defect reconstruction.

Key Words： Finite element analysis; Hole shape; Internal defect; Boundary location

日常生活中，各种类型的金属零器件随处可见。但其在生产使用过程中，内部缺陷的存在会极大地降低产品的可靠性，缩短产品的服役寿命，造成安全隐患[1-3]。现阶段，激光超声对缺陷的检测主要集中在表面缺陷和内部缺陷，前者多采用表面波检测，后者则利用体波检测。孙凯华等[4]提出反射横波双阴影检测法，利用体波底面对横波的反射及缺陷对反射横波的衰减，实现内部缺陷的检出和深度定位。李海洋等[5]通过搭建激光超声检测平台，利用点光源激发横波信号，完成对圆管状螺纹构件的B-scan成像实现缺陷定位。总之，对于缺陷的检测研究大多在检测缺陷特征数据的阶段，对缺陷成像方面的研究相对较少[6]，因此如何更加直观显示构件内部情况是现阶段研究的重点和难点。文中通过研究纵波的相关特征值计算出缺陷边界位置，为下一步的缺陷重构研究提供了一定的理论和数据基础。……