【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微裂紋檢測，尤其是涉及一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法及系統。
技術介紹
1、微裂紋的早期檢測在工程結構健康監測中具有極其重要的意義。微裂紋通常不會引起明顯的物理變化，但它們會逐漸擴展并最終導致構件斷裂失效，目前，常見的無損檢測方法主要包括射線檢測、渦流檢測、磁粉檢測、超聲檢測等，其中超聲檢測因其檢測速度快和檢測精度高等優點在工業領域得到廣泛應用。
2、在超聲檢測中，傳統的線性檢測方法可以對結構中的宏觀缺陷進行檢測，但對微裂紋等微觀尺度損傷不敏感。其中，蘭姆波的傳播特性對于材料內部缺陷，如微裂紋的識別，具有很高的靈敏度。尤其是微裂紋激發的非線性響應，可以通過高階非線性信號的檢測，而且非線性響應會隨著裂紋擴展程度的不同而發生明顯變化，有利于微裂紋的檢測和表征。然而，微裂紋引起的非線性信號往往較為微弱，容易受到系統非線性的干擾，從而影響檢測的靈敏度和準確性。
3、如公開號為cn116448891a的專利技術專利中公開了一種基于非線性蘭姆波的金屬管道微裂紋指向性測量方法，該方法選取與待測微裂紋管道相同材料和管徑的標定試樣；繪制曲面圓；確定測試角；確定所述待測微裂紋管道在不同測量角下的超聲非線性系數；將不同測量角下的超聲非線性系數，帶入微裂紋指向角評估函數，得到待測管道的微裂紋指向角，但其未考慮系統非線性的干擾，檢測結果準確度不高。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于聲濾波超材料的微裂
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、根據本專利技術的一個方面，提供了一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，方法包括以下步驟：
4、s1、結合聲學黑洞結構和聲子晶體，搭建聲濾波超材料結構；
5、s2、構建微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型，并將聲濾波超材料結構融入其中，得到基于聲濾波超材料的非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型；
6、s3、利用所構建的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型進行微裂紋檢測。
7、作為優選的技術方案，s1中聲濾波超材料結構由單胞結構排列而成，所述單胞結構包括基板和聲學黑洞結構，聲學黑洞結構貼附在基板的中間位置。
8、作為優選的技術方案，s1搭建聲濾波超材料結構的過程包括：將聲學黑洞結構與聲子晶體相結合，通過調節聲濾波超材料的結構參數和材料屬性，使基頻位于通帶、二倍頻位于帶隙；所述結構參數為聲濾波超材料結構的尺寸，尺寸包括晶格常數、基板厚度、聲學黑洞結構的最小厚度和最大厚度、聲學黑洞結構與基板連接的長度；材料屬性為聲濾波超材料結構中基板和聲學黑洞結構對應的材料種類。
9、作為優選的技術方案，聲學黑洞結構的厚度按照拋物線規律漸變，其表達式為：
10、
11、式中，h(x)為聲學黑洞結構輪廓的厚度，h0和h1分別表示聲學黑洞結構的最小厚度和最大厚度，l表示聲學黑洞結構與基板連接的長度，x表示到最小厚度位置即原點o的距離。
12、作為優選的技術方案，聲濾波超材料結構中基板材料為鋁，聲學黑洞結構材料為鋼。
13、作為優選的技術方案，基頻為220khz，對應二倍頻為440khz。
14、作為優選的技術方案，s2采用貼附方式將聲濾波超材料結構融入微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型中。
15、作為優選的技術方案，s3中進行微裂紋檢測的具體過程為：首先將激勵信號輸入微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型，分析系統非線性和微裂紋產生的接觸非線性，輸出得到位移時域信號，基于該位移時域信號，可得到基頻蘭姆波分量和二倍頻蘭姆波分量，進而計算非線性聲學參數，該非線性聲學參數即為微裂紋檢測結果。
16、作為優選的技術方案，基頻蘭姆波分量和二倍頻蘭姆波分量是利用反向脈沖技術，從位移時域信號中提取得到。
17、根據本專利技術的另一個方面，提供了一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測系統，該系統應用如上所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法所工作，系統包括聲濾波超材料結構搭建模塊、模型構建與優化模塊和微裂紋檢測模塊；
18、所述聲濾波超材料結構搭建模塊用于結合聲學黑洞結構和聲子晶體，搭建聲濾波超材料結構；
19、所述模型構建與優化模塊用于構建微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型，并將聲濾波超材料結構融入其中，得到基于聲濾波超材料的非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型；
20、所述微裂紋檢測模塊用于利用所構建的基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型進行微裂紋檢測。
21、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
22、1、本專利技術的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法中，將聲濾波超材料融入檢測模型，以濾除系統非線性；該方法首先結合聲學黑洞結構和聲子晶體，搭建聲濾波超材料結構；然后構建微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型，并將聲濾波超材料結構融入其中，得到基于聲濾波超材料的非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型；最后利用所構建的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型進行微裂紋檢測。本方法有效濾除非線性超聲蘭姆波檢測中的系統非線性，從而提高微裂紋檢測的靈敏度和準確性。
23、2、本專利技術中，聲濾波超材料結構由單胞結構排列而成，而單胞結構包括基板和聲學黑洞結構，聲學黑洞結構貼附在基板的中間位置。該方法將聲學黑洞結構融入聲濾波超材料結構設計中，結合聲學黑洞結構和聲子晶體的特性實現對彈性波的調控。
24、3、本專利技術中，搭建聲濾波超材料結構時，調節聲濾波超材料的結構參數和材料屬性，使基頻位于通帶、二倍頻位于帶隙；其中，結構參數為聲濾波超材料結構的尺寸，材料屬性為聲濾波超材料結構的材料種類，該方法可以通過調節聲濾波超材料的結構參數和材料屬性來優化帶隙范圍，以滿足不同的應用需求，進而擴大該檢測模型的適用范圍。
25、4、本專利技術中，采用貼附方式將聲濾波超材料結構融入微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型中，達到安裝方便的效果，同時避免了破壞待檢測結構，在無損檢測領域具有很高的應用潛力。
26、5、本專利技術中，聲濾波超材料結構中的基板材料為鋁，聲學黑洞結構材料為鋼。這兩種材料都比較容易獲得，方便加工制造。
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1.一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述S1中聲濾波超材料結構由單胞結構排列而成，所述單胞結構包括基板和聲學黑洞結構，聲學黑洞結構貼附在基板的中間位置。
3.根據權利要求2所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述的S1搭建聲濾波超材料結構的過程包括：將聲學黑洞結構與聲子晶體相結合，通過調節聲濾波超材料的結構參數和材料屬性，使基頻位于通帶、二倍頻位于帶隙；所述結構參數為聲濾波超材料結構的尺寸，尺寸包括晶格常數、基板厚度、聲學黑洞結構的最小厚度和最大厚度、聲學黑洞結構與基板連接的長度；材料屬性為聲濾波超材料結構中基板和聲學黑洞結構對應的材料種類。
4.根據權利要求3所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述聲學黑洞結構的厚度按照拋物線規律漸變，其表達式為：
5.根據權利要求3所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢
6.根據權利要求3所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述的基頻為220kHz，對應二倍頻為440kHz。
7.根據權利要求1所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述S2采用貼附方式將聲濾波超材料結構融入微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型中。
8.根據權利要求1所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述的S3中進行微裂紋檢測的具體過程為：首先將激勵信號輸入微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測有限元模型，分析系統非線性和微裂紋產生的接觸非線性，輸出得到位移時域信號，基于該位移時域信號，可得到基頻蘭姆波分量和二倍頻蘭姆波分量，進而計算非線性聲學參數，該非線性聲學參數即為微裂紋檢測結果。
9.根據權利要求8所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述的基頻蘭姆波分量和二倍頻蘭姆波分量是利用反向脈沖技術從位移時域信號中提取得到。
10.一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測系統，其特征在于，該系統應用如權利要求1-9任一所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法所工作，系統包括聲濾波超材料結構搭建模塊、模型構建與優化模塊和微裂紋檢測模塊；
...【技術特征摘要】
1.一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述s1中聲濾波超材料結構由單胞結構排列而成，所述單胞結構包括基板和聲學黑洞結構，聲學黑洞結構貼附在基板的中間位置。
3.根據權利要求2所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述的s1搭建聲濾波超材料結構的過程包括：將聲學黑洞結構與聲子晶體相結合，通過調節聲濾波超材料的結構參數和材料屬性，使基頻位于通帶、二倍頻位于帶隙；所述結構參數為聲濾波超材料結構的尺寸，尺寸包括晶格常數、基板厚度、聲學黑洞結構的最小厚度和最大厚度、聲學黑洞結構與基板連接的長度；材料屬性為聲濾波超材料結構中基板和聲學黑洞結構對應的材料種類。
4.根據權利要求3所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述聲學黑洞結構的厚度按照拋物線規律漸變，其表達式為：
5.根據權利要求3所述的一種基于聲濾波超材料的微裂紋非線性超聲蘭姆波檢測方法，其特征在于，所述的聲濾波超材料結構中基板材料為鋁，聲學黑洞結構材料為鋼。
6.根據權利要求3所述的一種基...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋愛玲，劉志軍，項延訓，軒福貞，
申請(專利權)人：華東理工大學，
類型：發明
國別省市：
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