模态声发射基本理论

Keywords: Acoustic em ission testing； Modal acoustic emission； Waveform analysis； 

Signal processing

兰姆(Lamb)波在超声检测中一直受到重视并得到广泛应用[1,2],但很长时期以来,它并未在AE领域获得应用。在超声检测中，由于使用的频率较高(兆赫频率段),板中可能存在模式较多,人们可以根据缺陷的性质选择合适的模式以达到最佳检测效果。可通过改变工作频率、楔块角度(即声波入射角)或叉指式换能器的间距来选择所需模式,它对提高检测可靠性和缺陷定量分析十分重要。例如,在厚度为2.5mm左右的钢板中,使用So模式(最低阶对称波),缺陷上反射波的幅度与缺陷(在深度方向的)大小成比例，但使用Ao模式(最低阶反对称波)，虽然也能获得反射波，反射波的幅度对缺陷大小并不很敏感。显然，为获得更多缺陷信息,应当使用So模式，这可以通过采用30楔块、800kHz工作频率加以实现[3],

对于AE检测来说,由于AE是结构内缺陷动态变化过程产生的瞬态弹性波,人们无法作出上述选择。因此,虽然认识到兰姆波理论的重要性，但直到1991年，在美国学者Goman发表了板波声发射[4]论文后有关在声发射检测技术中使用Lamb波理论的问题才逐步引起重视。板波声发射(PWAE)后来又称为模态声发射(MAE),它是利用兰姆波理论研究板中AE波的特点,从而将AE波形与特定的物理过程相联系。

1、基本理论

毫无疑问，兰姆波的基本理论也适用于AE检测，但问题在于如何用好这一理论。工程中大量使用板状结构，如飞机机翼、隔框、复合材料舵面(平尾、垂尾和方向舵)、压力容器壳体以及压力管道等。对于图1所示厚度方向尺寸远小于其它两个方向的板而言,相应于一-定的激励条件,在其中主要形成的是板波(Lamb波)。设波沿x方向传播,板厚方向为z(两板平面分别为z=-b和z=+b),并设标量势为中,矢量势为出并认为它们都与坐标y无关，