Enhanced nonlinear inspection of diffusion bonded interfaces using reflected non-collinear ultrasonic wave mixing

Fatigue crack inspection and characterisation using non-collinear shear wave mixing

“…In this paper, the polarity flipping method [20] was used to improve SNR in the experimental measurements. This method can suppress not only incoherent noise but also coherent 'noise' from the fundamental waves and harmonic waves of two incident shear waves though the superposition of the responses from four input signals with same amplitude and frequency but different initial phases.…”

“…Combined Equations (5)-(9), the sequential output signals can be expressed as, The final averaged signal can be then written as [20],…”

“…In this way, the final signal ( ) only contains the signals with sum and difference frequencies of the input signals [20]. The sum-frequency longitudinal wave can be then extracted using a band-pass filter with a center frequency of 1 + 2 .…”

“…resulting from the contact dynamics of two surfaces in features such as kissing bonds [19][20][21][22] and fatigue cracks [27][28][29][30]. Under high acoustic stress condition, these surfaces will be alternately opening, closing and slipping.…”

Progress on nonlinear ultrasonic evaluation of damages within the adhesively bonded composites

“…其中，U 、V 分别为纵波、横波的幅值。因此，可以利用共振波幅值 A 和非线性系数评价结构 材料的损伤 [47] 。在基于混频法的非线性超声检测中，能够产生共振混频波是一个必须考虑的因 素。Gao 等人 [48] 给出了两列平面波产生共振混频的充分必要条件，为 混频信号参数的确定提供了 重要的参考。 与基于体波和导波的非线性超声检测方法相比，混频法的检测方式更加灵活多样，不但可以 通过改变入射波的方向和波的类型产生具有不同振动模式和传播方向的混频波，还可以通过控 制入射波的相位等参数来控制混频发生的位置，从而实现对结构的扫查和损伤定位。比如，Liu 等人 [45] 利用纵波、横波共线混频的方法实现了铝合金试件塑性变形的检测，Yuan 等人 [46] 利用共 线混频法实现了金属材料塑性损伤的评价与损伤的定位，这些都为利用体波混频方法对损伤进 行检测和定位提供了重要的研究基础。此外，为了适应板类结构的检测，人们还开展了基于导波 的混频研究 [49] 。比如，Li 等人 [50] 通过数值模拟研究了混频 Lamb 波在薄板中的传播问题。在满 A c c e p t e d https://engine.scichina.com/doi/10.1360/TB-2021-0711 足混频条件下，S0 和 A0 模态 Lamb 波入射可以产生 A0 模态的混频波，混频波的非线性系数随结 构非线性的增大而线性增长。另外，Metya 等人 [51] 利用非线性 Lamb 波混频方法检测了 9Cr-1Mo 钢蠕变过程中的塑性变形问题，测量了试件各位置在不同蠕变情况下的和频幅值，结果显示，和 频幅值随着时间的增加而不断增大。这进一步证实，基于导波的混频技术能够定征结构材料的非 线性，以及与材料非线性相关的微观损伤。 正是由于能够通过控制入射波的相位等参数来控制混频发生的位置，使得利用混频法对粘 接复合结构界面损伤的检测独具优势。如图5所示为采用非共线混频法对含有不同程度热疲劳损 伤的铝合金粘接试件进行混频检测的示意图 [52] 。利用非共线的纵波和横波作为入射波，使其在粘 接界面处相遇产生混频波，并在粘接接头的同一侧接收混频横波信号。研究结果表明，混频响应 幅值和三阶弹性常数呈线性关系，且混频发生在粘接界面时的响应幅值比其他情况大很多，幅值 随粘接界面非线性的增加而增大 [52] 。这说明，采用混频的方法能够有效地实现对粘接界面健康状 态的监测。同时，采用这种测试方法的好处就是，不但可以准确控制在粘接界面处发生混频，而 且可以实现同侧激发、同侧接收。这对实际结构中不能两侧同时触及的情形，比如粘接管道、层 状核反应结构等，优势更为明显。 图 5 非共线混频实验装置示意图 [52] Figure 5 Schematic diagram of the experiment setup using the nonlinear wave mixing method [52] 对于复合金属结构中的合金扩散结合界面，利用基于混频的非线性超声检测技术同样可以 有效实现对扩散界面状态的监测与评估。比如，Zhang等人 [53] 利用有限元方法研究了基于非共线 混频技术的非完好扩散钛合金界面检测问题。如图6所示，两列横波分别以一定角度入射并在非 完好界面相遇，混频产生一列透射纵波和一列反射纵波。由于非完好界面的存在，反射纵波幅值 比完好界面的大很多，实现了非完好界面的识别。实验研究中，Escobar-Ruiz等人 [54] 也通过利用 两列非共线横波混频的方式证实了混频波的非线性参量可以有效评估扩散结合界面的微观结构。 因此，不论是结构材料中的塑性损伤，还是复合结构中粘接界面的微观损伤，都能利用非线性超…”