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摘要
金属浅表层的微裂纹直接影响金属的性能和使用寿命，非线性超声检测方法对于浅表层微缺陷检测有较好的效果。本文针对钢材浅表层微缺陷检测和定位问题，通过有限元仿真的方式研究裂纹检测与定位的非线性超声规律。在有限元仿真软件COMSOL Multiphsics中建立包含表层裂纹的二维混频表面波检测模型，研究超声波与钢材表层裂纹引起的非线性效应，总结缺陷尺寸与边频信号振幅的变化关系，采用基于时频分析的异侧混频激励方案研究裂纹的定位。仿真结果表明，当金属表面存在裂纹时，检测点接收的回波信号中将出现和频及差频信号；边频信号的信号强度随着裂纹宽度增大而增强，随着检测距离的增大而衰减，随着裂纹深度增加呈现先增后减趋势；通过时频分析实现了表面裂纹的定位。采用激励频率分别为0.5 MHz和0.8MHz、基频幅值均为10-5m的超声信号能够满足浅表面裂纹检测需求，实现浅表面深度为0.2～2 mm、宽度为5～30μm的裂纹检测，定位准确率为88%。研究结果为钢材浅表层微缺陷的非线性混频超声检测和定位提供了参考依据。
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