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实心机车车轴探伤系统中超声声场优化设计资料网

收藏本文 2024-03-08 点赞:6351 浏览:18113 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着我国铁路运转速度的提升、列车载重程度增加以及机车维修公里的延长,用超声检测的策略对实心车轴缺陷检测,保证列车在轨道上安全运转已经成为当下铁路工作的重要关注方向。由此选择适合实心车轴探伤并满足探伤精度的超声换能器,是当前车轴探伤的重要工作。车轴探伤中换能器声场的可视化模拟为车轴探伤中探头的选择提供了论述基础。为了直观的理解声场特性,本论文做了抽象声场的可视化模拟。通过讨论超声声场随换能器参数的分布特性,选出了适合实心车轴开口裂纹缺陷探伤的最优相控阵参数,提升了换能器声场的覆盖率和缺陷识别率。本论文用数值浅析法探讨了超声换能器的声场分布特性。利用点源组合法,推导了单晶换能器的辐射声压计算公式。可视化模拟了声轴轴向声压分布、声轴截面声压分布和指向性特性描述三个方面的辐射声场。基于单晶矩形探头的辐射声压分布,由惠更斯原理推导了相控线性阵列声束偏转和声束聚焦声场的声压公式及声压指向性函数。讨论了声场分布特性跟随相控线性阵列几何参数变化的规律,重点浅析了阵元数量、阵元长度、阵元宽度、阵元间距以及声束偏转角度与声场分布特性的联系,以缩减主瓣宽度,抑制旁瓣产生,衰减栅瓣幅值为目的,选定了满足车轴检测性能的最优换能器尺寸基于菲涅尔近似原理建立了单晶声源声轴线上对平底孔缺陷回波声压的测量模型,讨论了平底孔尺寸、声源尺寸与回波声压之间的联系。并用标准平底孔试块探伤实验验证了论述浅析的正确性。最后用选定的相控阵探头对实心车轴轴颈和轴身0.5mm的开口裂纹缺陷进行检测,结果显示满足信噪比大于12dB、回波高度大于40%的设计要求。线性相控阵的声场模拟大大降低了换能器的设计周期和车轴的检测成本,所用参数探头声场覆盖率高,缺陷检出率高,满足车轴探伤的运用需求。关键词:实心车轴探伤论文超声声场论文单晶声源论文线性相控阵论文指向性论文回波声压论文

    摘要6-7

    Abstract7-12

    第1章 绪论12-20

    1.1 论文的背景及作用12-13

    1.1.1 论文背景12-13

    1.1.2 论文作用13

    1.2 国内外探讨近况13-18

    1.2.1 车轴的探伤技术13-16

    1.2.2 机车车轴探伤设备16-17

    1.2.3 超声声场仿真的探讨近况17-18

    1.3 论文结构安排18-20

    第2章 超声检测的声场论述20-28

    2.1 超声检测的物理基础20-22

    2.1.1 超声波定义20

    2.1.2 超声型20-21

    2.1.3 超声波的传播速度21

    2.1.4 超声波的声压21-22

    2.1.5 幅度的分贝表示22

    2.2 声场的声压分布论述22-26

    2.2.1 球源声压22-25

    2.2.2 点源声压25-26

    2.3 声场的指向性26-27

    2.3.1 指向性函数的重要量26

    2.3.2 指向性的物理机理26

    2.3.3 指向性函数的定义26-27

    2.4 本章小结27-28

    第3章 单晶换能器的声场分布特性28-42

    3.1 超声换能器声场体现形式概述28

    3.2 单晶圆盘换能器声场及指向性28-30

    3.2.1 圆盘声源远场声压28-30

    3.2.2 圆盘声源指向性函数30

    3.3 单晶矩形换能器辐射的声场及指向性30-32

    3.3.1 矩形声源远场声压30-32

    3.3.2 矩形声源指向性函数32

    3.4 单晶换能器辐射声场的可视化32-41

    3.4.1 单晶圆盘声源声场可视化分布图33-37

    3.4.2 单晶矩形声源声场可视化分布图37-41

    3.5 本章小结41-42

    第4章 超声相控阵线阵换能器的声压分布及参数讨论42-59

    4.1 超声相控阵线阵换能器模型42

    4.2 超声线性相控阵声场分布特性42-57

    4.2.1 线性相控阵的声束制约原理42-43

    4.2.2 超声相控阵线性换能器的声场及指向性43-49

    4.2.3 线性相控阵声源参数对声场分布的影响浅析49-57

    4.3 相控线性阵列的声场优化57-58

    4.3.1 声场优化的目标57

    4.3.2 优化的车轴探伤相控阵参数57-58

    4.4 本章小结58-59

    第5章 圆盘轴线声压对平底孔缺陷的响应特性59-71

    5.1 单晶圆盘声源轴线上的发射声压59-61

    5.2 规则反射体的回波声压61-63

    5.2.1 平底孔的回波声压61-62

    5.2.2 大平底的回波声压62-63

    5.3 影响平底孔回波声压的因素63-68

    5.3.1 平底孔尺寸和深度与回波分贝数联系63-66

    5.3.2 单晶声源尺寸和发射频率与回波分贝数联系66-67

    5.3.3 实验结论67-68

    5.4 标准试块平底孔检测实验68-70

    5.5 本章小结70-71

    第6章 机车车轴探伤实验及浅析71-80

    6.1 机车车轴探伤的操作流程71

    6.2 标准试块缺陷探伤实验及浅析71-75

    6.2.1 主要实验设备及连接71-72

    6.2.2 实验浅析72-75

    6.2.3 实验结论75

    6.3 机车车轴裂纹缺陷超声探伤实验及浅析75-79

    6.3.1 不同频率探头检测车轴开口裂纹缺陷77-78

    6.3.2 轴身和轴颈裂纹缺陷检测78-79

    6.4 本章小结79-80

    总结与展望80-82

    致谢82-83

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