基于ABAQUS的Lamb波鋁板缺陷識(shí)別的仿真探討Lamb波在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中被廣泛應(yīng)用于對(duì)薄板結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)。利用MATLAB對(duì)Raleigh-Lamb頻率特征方程進(jìn)行求解并繪制頻散曲線，采用ABAQUS模擬了Lamb波在缺陷鋁板中的傳播過程，通過分析Lamb波的頻散特性和計(jì)算Lamb波的傳播距離從而定位缺陷的位置，參照實(shí)際的位置從而確定仿真的可行性。標(biāo)簽：Lamb波；頻散曲線；無損檢測(cè)；ABAQUS；前言在檢測(cè)厚度為6mm以下的薄板時(shí)，使用傳統(tǒng)的超聲無損檢測(cè)技術(shù)達(dá)不到預(yù)期的效果。Lamb波是一種平面應(yīng)變波，在檢測(cè)薄板結(jié)構(gòu)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散衰減[1]。相對(duì)于金屬薄板的中性面而言，Lamb波傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)頻散現(xiàn)象而形成多種模態(tài)，它們的速度依賴于頻率和厚度的乘積[2]。頻散曲線對(duì)于研究Lamb波的傳播特性顯得尤為重要。根據(jù)Lamb波的頻散曲線，選取頻厚積為1MHz.mm來獲取沒有截止頻率的模態(tài)并且僅擁有對(duì)稱模態(tài)和反對(duì)稱模態(tài)的Lamb波作為探傷信號(hào)[3]。本文運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)Lamb波在鋁板中的傳播過程進(jìn)行仿真，建立缺陷鋁板模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，加載中心頻率為250KHz的漢寧窗調(diào)制波[4]，得到缺陷鋁板的X-Y圖并且進(jìn)行分析和計(jì)算，從而確定仿真的有效性。1主動(dòng)Lamb波的頻散特性Lamb波被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，它是一種在厚度與激勵(lì)聲波波長為相同數(shù)量的聲波導(dǎo)中由縱波和橫波相互耦合而成的一種彈性波，在薄板中有對(duì)稱和反對(duì)稱兩種傳播形式。頻散特性是主動(dòng)Lamb波在薄板中傳播的主要特性之一，它主要描述了頻厚積改變時(shí)Lamb波的相速度（群速度）的變化趨勢(shì)，為有關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。在自由邊界的條件下，各向同性材料薄板的Rayleigh—Lamb頻散方程為：上式中，h為薄板厚度，ω為Lamb波的角頻率，k為橫波波數(shù)，cT、cL分別代表Lamb波的橫波波數(shù)和縱波波速，cp、cg分別代表Lamb波的相速度和群速度[8]。本次仿真對(duì)象為鋁板，其參數(shù)如下：長800mm、寬800mm、厚4mm，密度ρ=2700kg/m3，彈性模量E=70GPa，泊松比v=0.33。根據(jù)以上參數(shù)和橫向波、縱向波的公式求出鋁板中的橫波波速cT=3090m/s、縱波波速cL=6390m/s。借助MATLAB的編程和繪圖功能求解方程并且繪制出群速度的頻散曲線。2薄板中Lamb波損傷檢測(cè)的有限元分析本次仿真采用鋁板作為研究對(duì)象，其參數(shù)在上節(jié)已經(jīng)給出，激勵(lì)信號(hào)選擇中心頻率為250KHz、周期為5的漢寧窗調(diào)制信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)的觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置在模型的左端，入射角為45度，缺陷位置距觸發(fā)點(diǎn)600mm，寬2mm，厚度4mm。建立的模型如圖（1）所示：對(duì)上述缺陷鋁板模型加載激勵(lì)信號(hào)并進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，計(jì)算后得到X-Y圖，并且通過查詢得到波形的傳播時(shí)間如圖（2）所示：從圖（5）中我們分析得到，第一個(gè)波形為激勵(lì)信號(hào)，第二個(gè)波形為缺陷的S0模態(tài)反射波，第三個(gè)波形為端面的S0模態(tài)反射波，第四個(gè)波形為缺陷的A0模態(tài)反射波，我們通過查詢第二個(gè)波形和第一個(gè)波形的時(shí)間，計(jì)算其差值Δt，根據(jù)繪制的頻散曲線圖可以得到在頻厚積為1MHz-mm的時(shí)候，S0模態(tài)的傳播速度cgS0為5090m/s。因?yàn)樾盘?hào)的觸發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)為同一位置，所以計(jì)算出來的位移的一半就是激勵(lì)信號(hào)到達(dá)缺陷位置的位移。計(jì)算公式如下：Δt=0.0002527s-1.53036×10-5s=237.7194μs（7）L=cgS0×Δt2≈604.9mm（8）δL=0.081%（9）通過公式（7）和公式（8）得出缺陷位置距激勵(lì)位置604.9mm，相對(duì)誤差為0.081%。3結(jié)論通過研究Lamb波的頻散特性，利用ABAQUS建立Lamb波在缺陷鋁板中傳播的模型并進(jìn)行分析求解，得出了鋁板缺陷的位置并與實(shí)際位置進(jìn)行對(duì)比，確定了此次仿真的有效性和準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)[1]閻石，張海鳳，蒙彥宇.利用Lamb波的薄板結(jié)構(gòu)多點(diǎn)損傷識(shí)別試驗(yàn)[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，26（4）：777-782.[2]邵澤波，劉興德.無損檢測(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：37-39.[3]劉增華，徐營贊，何存富，等.板狀結(jié)構(gòu)中基于Lamb波單模態(tài)的缺陷成像試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué)，2014，31（4）：232-238.[4]陳軍，李志浩，林莉，等.鋁板中Lamb波檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)