裂纹界面微观特征对Lamb波非线性的影响的机理性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11602040
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0801.固体变形与本构理论
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

It is a significant issue to guarantee safety and reliability of various important engineering structures by carrying out effective periodic off-line inspections or real-time monitoring fatigue crack in the early stage. To promote the development of detection techniques based on nonlinear Lamb waves for micro-cracks in this field, the present project attempts to investigate three session research as follows: (1) studying the nonlinear effects of the roughness and friction of crack interfaces on Lamb waves, clarifying the change relationship between some important signal signatures of nonlinear Lamb waves and the variables of interface microscopic characteristics;(2) studying the nonlinear interaction between Lamb waves and fatigue micro-cracks,exploring the generation mechanisms of nonlinear Lamb waves; (3) developing effective detection methods based on nonlinear Lamb waves for micro-cracks based on the research results of (1) and (2). The research project will be carried out by combining theoretical analysis, numerical simulations and experiments. For details, they are: (1) developing a rough interface crack model based on the contact mechanics theory; (2) simulating the Lamb wave propagation in plate-like structures with fatigue micro-cracks; (3) proposing a local crack imaging method based on the transducer array technique and the delay-and sum focusing algorithm according to higher harmonic generation; (4) proposing a crack location method based on the ultrasonic phased array technology according to beam mixing phenomenon.
对重要的工程结构中的疲劳裂纹在早期阶段进行有效的定期检测或实时监测是其安全性和可靠性的重要保障,为促进该领域内基于非线性Lamb波的微裂纹检测技术的发展,本项目旨在:(1) 研究裂纹界面粗糙、摩擦对Lamb波非线性的影响,阐明非线性Lamb波的重要信号特征与界面微观特征变量之间的变化关系; (2) 研究Lamb波与疲劳微裂纹之间的非线性相互作用,揭示非线性Lamb波的产生机理;(3) 基于(1)和(2)的研究成果发展有效的基于非线性Lamb波的微裂纹检测方法。本项目将以理论建模、数值模拟和实验研究相结合的方式开展。具体有:(1) 建立基于接触力学理论的粗糙界面裂纹模型;(2) 数值模拟Lamb波在含疲劳微裂纹的板状结构中的传播;(3) 根据高次谐波滋生现象提出一种基于传感器阵列技术和延时叠加聚焦技术的局部裂纹成像方法;(4) 根据波束混叠现象提出一种超声相控阵技术的裂纹定位方法。

结项摘要

由于疲劳载荷等原因常导致工程结构出现材料性能退化和缺陷,因此为了保证结构的可靠性和安全性对其进行无损检测和评价就显得非常必要。近年来,研究发现超声非线性特征对材料的微结构非常敏感,该微结构尺寸远小于一个波长。由于材料的退化,比如微裂纹、位错等,导致的材料微结构的改变将引起超声非线性特征的改变。因此,材料早期性能退化和微裂纹的检测可以通过基于非线性超声的检测技术得以实现。为了阐明非线性Lamb波的产生机理,本项目通过理论推导揭示了二次谐波的产生条件和可累计的条件;并且从理论上推导出零频模式,阐明非线性Lamb波零频成分的产生机理,提出了利用零频模式作为材料早期损伤的评价指针。为了检测结构中的微裂纹,基于接触力学理论建立粗糙界面微裂纹模型,验证了微裂纹引发的超声非线性现象,引发的非线性波中不仅有二次谐波,而且也含有零频成分;研究了裂纹界面微观特征、裂纹角度和裂纹密度对非线性Lamb波的影响,并比较了零频成分和二次谐波对微裂纹的敏感度。为了重构损伤图像,提出了两级超声Lamb波层析成像重构方法,并搭建激光扫描检测平台,通过检测含有非穿透凹槽的铝板和含有内部脱层的CFRP复合材料层合板证明该方法的有效性。本项目对非线性Lamb波的理解和应用和微裂纹的检测有着重要的指导意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
板壳结构中的非线性兰姆波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    力学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑶璐;胡宁;邓明晰;赵友选;李卫彬
  • 通讯作者:
    李卫彬
An Inverse Approach of Damage Identification Using Lamb Wave Tomography
利用兰姆波断层扫描进行损伤识别的逆向方法
  • DOI:
    10.3390/s19092180
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Sensors
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu Yaolu;Zhou Shijie;Ning Huiming;Yan Cheng;Hu Ning
  • 通讯作者:
    Hu Ning
Interaction of Lamb Wave Modes with Weak Material Nonlinearity: Generation of Symmetric Zero-Frequency Mode
兰姆波模式与弱材料非线性的相互作用:对称零频模式的生成
  • DOI:
    10.3390/s18082451
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Sensors
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Sun Xiaoqiang;Ding Xiangyan;Li Feilong;Zhou Shijie;Liu Yaolu;Hu Ning;Su Zhongqing;Zhao Youxuan;Zhang Jun;Deng Mingxi
  • 通讯作者:
    Deng Mingxi
Location identification of closed crack based on Duffing oscillator transient transition
基于Duffing振子瞬态转变的闭合裂纹位置识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Xiaofeng Liu;Lin Bo;Yaolu Liu;Youxuan Zhao;Jun Zhang;Mingxi Deng;Ning Hu
  • 通讯作者:
    Ning Hu
Damage Inspection of Shell Structures Using a Technology of Ultrasonic Propagation Visualization Based on Laser Scanning Excitation
基于激光扫描激励的超声传播可视化技术进行壳体结构损伤检测
  • DOI:
    10.7779/jksnt.2018.38.3.149
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
  • 影响因子:
    0.5
  • 作者:
    Yaolu Liu;Jun Zhang;Xuyang Liu;Youxuan Zhao;Ning Hu
  • 通讯作者:
    Ning Hu

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其他文献

板壳结构中的非线性兰姆波
  • DOI:
    doi:10.6052/1000-0992-16-032
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    力学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑶璐;胡宁;邓明晰;赵友选;李卫彬
  • 通讯作者:
    李卫彬
板壳结构中的非线性兰姆波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    力学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑶璐;胡宁;邓明晰;赵友选;李卫彬
  • 通讯作者:
    李卫彬
板壳结构中的非线性兰姆波
  • DOI:
    10.1038/s41598-019-45359-w
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    力学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑶璐;胡宁;邓明晰;赵友选;李卫彬
  • 通讯作者:
    李卫彬
基于低频动态信息和超声导波的复杂结构损伤的在线诊断技术
  • DOI:
    10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2017.04.002
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    固体力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡宁;刘瑶璐;赵友选;章俊;刘许旸
  • 通讯作者:
    刘许旸
基于低频动态信息和超声导波的复杂结构损伤的在线诊断技术
  • DOI:
    10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2017.04.002
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    固体力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡宁;刘瑶璐;赵友选;章俊;刘许旸
  • 通讯作者:
    刘许旸

其他文献

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刘瑶璐的其他基金

基于PINNs方法的兰姆波测定结构二阶和三阶弹性常数的研究及应用
  • 批准号:
    12372090
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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