基于矢量全聚焦的列车轮辋裂纹水浸超声阵列成像研究
发布时间：2021-01-19 22:36
列车轮辋缺陷探伤一直以来是铁路无损探伤中的重点,对保障铁路运行安全有重大的意义。本文基于超声合成孔径聚焦技术,研究了接触法和水浸法成像算法,并结合矢量全聚焦算法实现对微小裂纹的角度检测;同时,结合圆弧界面处的声波传播几何模型改进得到了基于圆弧界面的全聚焦成像算法;最后,引入界面自适应拟合算法,实现对任意曲线界面的坐标拟合和内部缺陷成像,得到了较好的结果。主要研究内容如下:1、研究了合成孔径算法,实现了接触法全聚焦成像算法,结合射线追踪法和费马原理,实现了水浸法的全聚焦成像算法。同时,根据缺陷对声波能量反射的规律,开展了矢量全聚焦算法的研究,结合接触法探伤和水浸法探伤声波能量传播规律的不同,得到了两种条件下的矢量全聚焦算法,得到的结果误差较小,可以反映微小裂纹的角度信息。2、研究分析了声波在圆弧界面处传播的几何模型,在一定边界条件下,通过费马原理计算得到了圆弧界面上折射点的坐标位置,然后根据射线追踪法的原理,实现了对圆弧界面物体内部的全聚焦成像,通过分辨率分析验证了算法精度,并进行了仿真验证,通过实验证明了其对轮辋内部缺陷探伤的有效性。3、引入自适应曲线拟合算法,对未知物体表面进行曲线拟...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触法超声探伤
很可能发生严重的安全事故。因此，对铁路车辆轮对判伤并准确判断缺陷的位置、大小、走向，一直是铁道运输部门非常重视的问题，也是铁路车辆高速和重载发展中必须要解决的难题[2]。在众多对列车轮对的探伤方法中，超声检测是应用范围相对广泛的一种。相比于其他探伤方式而言，超声检测具有穿透力强、灵敏度高、可较准确测定缺陷深度位置等优点[3]。因此超声探伤技术很早就被应用于列车轮对的探伤检测中[4]。其中，若按耦合方式分类，超声检测技术又可分为接触法检测和液浸法检测两种。前者通过在超声探头和被检物体表面涂抹一层耦合剂进行耦合，耦合剂只起到填充探头和试件之间薄间隙的作用，如图 1-1 所示；而后者是将探头与试件通过一定厚度的耦合剂耦合，对于非平整表面耦合效果更好，若使用的耦合剂是水，也称为水浸法，如图 1-2 所示。显然，在超声轮对检测中，水浸法具有更好的耦合效果，更适用于对车轮的检测。
(a) (b) (c)图 2-1 横向分辨率示意图2.2 合成孔径技术基本原理[31]合成孔径聚焦技术的本质是将多个小孔径换能器进行一定延时叠加算法处理，从而等效为一个大孔径换能器。设单个换能器阵元孔径为 d，发出的声波波长为λ，其-6d半功率波束角为ddB 0.7 -6(2-3合成孔径技术的探测过程如图 2-2 所示，将换能器沿水平方向移动。探测目标 P 到换能器移动轨迹的垂直距离为0R ，则换能器辐射的横向范围为-60RdB 。换能器移动
【参考文献】：
期刊论文
[1]相控阵超声后处理成像技术研究、应用和发展[J]. 周正干,李洋,周文彬. 机械工程学报. 2016(06)
[2]基于均方根速度的水浸超声合成孔径聚焦成像[J]. 胡宏伟,王泽湘,彭凌兴,王向红,徐娜. 仪器仪表学报. 2016(02)
[3]超声阵列矢量全聚焦裂纹识别及影响参数研究[J]. 焦敬品,常予,孙欣蓉,何存富,吴斌. 南京大学学报(自然科学). 2015(S1)
[4]列车轮辋超声相控阵成像质量分析[J]. 胡宏伟,王哲,刘希玲,王向红. 铁道科学与工程学报. 2015(04)
[5]基于合成孔径聚焦的超声TOFD检测技术及图像增强[J]. 刚铁,迟大钊,袁媛. 焊接学报. 2006(10)
[6]非线性合成孔径聚焦超声成像[J]. 罗斌,王邓志,罗宏建,刘一舟. 应用声学. 2003(05)
[7]德国高速列车ICE1重大脱轨事故的启示[J]. 董锡明. 中国铁路. 2000(11)
[8]合成孔径聚焦声成像时域算法研究[J]. 孙宝申,张凡,沈建中. 声学学报. 1997(01)
博士论文
[1]基于合成孔径的圆柱类部件在线超声成像理论与实践的研究[D]. 吴施伟.浙江大学 2015
[2]轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究[D]. 肖乾.中国铁道科学研究院 2012
[3]合成孔径聚焦超声成像技术研究[D]. 杜英华.天津大学 2010
硕士论文
[1]车轮缺陷相控阵超声全聚焦成像技术研究[D]. 周祥.西南交通大学 2015
[2]基于矢量全聚焦的超声阵列缺陷识别方法研究及其应用[D]. 孙欣蓉.北京工业大学 2014
本文编号：2987838
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触法超声探伤
很可能发生严重的安全事故。因此，对铁路车辆轮对判伤并准确判断缺陷的位置、大小、走向，一直是铁道运输部门非常重视的问题，也是铁路车辆高速和重载发展中必须要解决的难题[2]。在众多对列车轮对的探伤方法中，超声检测是应用范围相对广泛的一种。相比于其他探伤方式而言，超声检测具有穿透力强、灵敏度高、可较准确测定缺陷深度位置等优点[3]。因此超声探伤技术很早就被应用于列车轮对的探伤检测中[4]。其中，若按耦合方式分类，超声检测技术又可分为接触法检测和液浸法检测两种。前者通过在超声探头和被检物体表面涂抹一层耦合剂进行耦合，耦合剂只起到填充探头和试件之间薄间隙的作用，如图 1-1 所示；而后者是将探头与试件通过一定厚度的耦合剂耦合，对于非平整表面耦合效果更好，若使用的耦合剂是水，也称为水浸法，如图 1-2 所示。显然，在超声轮对检测中，水浸法具有更好的耦合效果，更适用于对车轮的检测。
(a) (b) (c)图 2-1 横向分辨率示意图2.2 合成孔径技术基本原理[31]合成孔径聚焦技术的本质是将多个小孔径换能器进行一定延时叠加算法处理，从而等效为一个大孔径换能器。设单个换能器阵元孔径为 d，发出的声波波长为λ，其-6d半功率波束角为ddB 0.7 -6(2-3合成孔径技术的探测过程如图 2-2 所示，将换能器沿水平方向移动。探测目标 P 到换能器移动轨迹的垂直距离为0R ，则换能器辐射的横向范围为-60RdB 。换能器移动
【参考文献】：
期刊论文
[1]相控阵超声后处理成像技术研究、应用和发展[J]. 周正干,李洋,周文彬. 机械工程学报. 2016(06)
[2]基于均方根速度的水浸超声合成孔径聚焦成像[J]. 胡宏伟,王泽湘,彭凌兴,王向红,徐娜. 仪器仪表学报. 2016(02)
[3]超声阵列矢量全聚焦裂纹识别及影响参数研究[J]. 焦敬品,常予,孙欣蓉,何存富,吴斌. 南京大学学报(自然科学). 2015(S1)
[4]列车轮辋超声相控阵成像质量分析[J]. 胡宏伟,王哲,刘希玲,王向红. 铁道科学与工程学报. 2015(04)
[5]基于合成孔径聚焦的超声TOFD检测技术及图像增强[J]. 刚铁,迟大钊,袁媛. 焊接学报. 2006(10)
[6]非线性合成孔径聚焦超声成像[J]. 罗斌,王邓志,罗宏建,刘一舟. 应用声学. 2003(05)
[7]德国高速列车ICE1重大脱轨事故的启示[J]. 董锡明. 中国铁路. 2000(11)
[8]合成孔径聚焦声成像时域算法研究[J]. 孙宝申,张凡,沈建中. 声学学报. 1997(01)
博士论文
[1]基于合成孔径的圆柱类部件在线超声成像理论与实践的研究[D]. 吴施伟.浙江大学 2015
[2]轮轨滚动接触弹塑性分析及疲劳损伤研究[D]. 肖乾.中国铁道科学研究院 2012
[3]合成孔径聚焦超声成像技术研究[D]. 杜英华.天津大学 2010
硕士论文
[1]车轮缺陷相控阵超声全聚焦成像技术研究[D]. 周祥.西南交通大学 2015
[2]基于矢量全聚焦的超声阵列缺陷识别方法研究及其应用[D]. 孙欣蓉.北京工业大学 2014
本文编号：2987838
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