[发明专利]基于数值反演的无损检测模拟试块缺陷参数的识别方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种无损检测模拟试块缺陷参数的识别方法。

背景技术

无损检测技术是产品质量和工业结构服役安全的有效保证。合理的无损检测工艺设计有耐于掌握检测对象常见缺陷，并通过模拟制作含有这些缺陷的试块，进行相关实验研究和能力验证。所以说无损检测模拟试块与检测仪器、探头共同构成无损检测系统。然而，试块制作，特别是试块中模拟缺陷的加工相当困难，因为真实缺陷的参数如裂纹等的成型尺寸难以精确控制，所以在试块制作完成后，试块中添加的缺陷是否达到设计要求需要通过一定的方法来验证。

破坏性检验方法是在做完所有无损实验后，通过将试块割开来获得其缺陷参数，其缺点是试块无法重复利用。无损检测方法如射线、超声等也常用于获取试块缺陷参数，但是射线检测只能针对具有较好透照结构的试件，而且只能提供缺陷的水平位置和长度信息。对于较复杂构件或者无法进行射线验证时，则采用超声检测，可以得到缺陷水平位置、深度和指示长度，但是难以获得缺陷自身高度和取向信息。目前尚没有出现更好的能识别和验证试块中缺陷参数的方法。

超声检测的仿真与模拟工作在国内外已经广泛开展，而且针对较低粗糙度面积型缺陷(如焊缝的未熔合)的回波计算已经较为准确。而对于焊缝试块中的裂纹缺陷，由于加工困难，通常采用具有类似声学特性的未熔合缺陷代替，因此在获得未熔合缺陷的位置、尺寸和取向等参数信息后，可以通过建立超声检测系统模型来准确计算其回波信号。

超声检测系统模型属于正演模型，在已知检测参数的情况下，可以计算检测回波。通过超声和射线检测只能直接或间接地获得缺陷位置、长度以及缺陷回波等信息。因此问题的关键是如何利用已知的检测参数、缺陷参数及缺陷回波，并结合超声检测系统模型反演缺陷高度和取向。信号反演算法如遗传算法、最优化理论等都已经较为成熟。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明结合了传统的实验检测方法、超声检测系统模型和信号反演算法，提出了一种无损检测模拟试块缺陷参数的识别方法，该方法可获取模拟试块缺陷的全部位置和尺寸信息。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

基于数值反演的无损检测模拟试块缺陷参数的识别方法，包括步骤：

步骤1，采用无损检测方法获取模拟试块缺陷的长度、水平位置和深度参数，采用超声检测法获得模拟试块缺陷的缺陷回波动态曲线，并获得缺陷的回波幅值矩阵EA；

步骤2，根据模拟试块缺陷的设计方案和缺陷制作工艺确定缺陷自身高度的初始范围，利用超声相控阵确定模拟试块缺陷偏转角度的初始范围；

步骤3，采用检测超声回波计算模型模拟不同自身高度和不同偏转角度的缺陷的回波动态曲线，并获得一系列回波幅值矩阵SA，所述的不同自身高度和不同偏转角度均属于各自的初始范围；

步骤4，根据步骤3获得的模拟回波幅值和步骤1获得的实测回波幅值的差异构建数值反演的目标函数，基于目标函数进行数值反演寻找全局最优解，从而获得模拟试块缺陷的自身高度值和偏转角度值。

步骤1中所述的利用超声检测法获得模拟试块缺陷的缺陷回波动态曲线，具体为：

以缺陷最高回波对应的探头位置点为原点O，以垂直于缺陷长度的方向为x轴，沿缺陷长度方向为y轴，将探头沿x轴在x轴的探头移动范围内移动，所述的x轴的探头移动范围满足条件：缺陷最高回波比探针在两端的回波均高12dB；探头以预设步进在探头移动范围内移动，探头所在位置为探头位置点，记录各探头位置点的回波幅值，基于探头位置点及其对应的回波幅值构建缺陷回波动态曲线。

步骤2中所述的利用超声相控阵确定模拟试块缺陷偏转角度的初始范围，具体为：

利用超声相控阵获得不同角度的超声束作用于模拟试块的缺陷面，找到最大缺陷回波对应的超声束的角度值β，则模拟试块缺陷偏转角度的初始范围β±Δβ，偏差值Δβ自行选定。

步骤3中所述的检测超声回波计算模型基于数值方法构建，具体为：

（1）选定数值模型的计算区域，所述的计算区域包括矩形，该矩形对角线为探头位置点和缺陷中心的连线，矩形一边与模拟试块表面评星，另一边与模拟试块表面垂直；

（2）给选定的计算区域施加边界条件；

（3）采用有限差分法获得波动方程的差分形式；

（4）取超声传播至2倍声程时对应的时刻t，计算时刻t探头位置点的垂直回波振动速度或回波应力分量，记为探头位置点接收的回波信号。

所述的给选定的计算区域施加边界条件，所施加的边界条件为：