一、报告人简介：

胡松涛，电气学院电器与电子可靠性研究所2022级博士研究生，博士导师为翟国富教授和李智超教授，主要研究方向为电磁超声检测。

一、报告内容简介：

        1.参加人员：李智超，李茜，孙志刚，梁宝，梁琪，邓超然，屈正扬，王雪松。

        2.会议的主要内容等：报告的主要内容包括有限截面波导截止频率理论分析、变截面波导的截止频率偏移特性和截止频率偏移实验验证。

三、讨论内容：

        1、为什么可以让波数趋于0来计算截止频率？

   根据波数的计算公式，在截止频率出，SH导波的相速度趋于无穷大，这个时候的波数是区域0的。

        2、在A扫波形中，速度快的不是模式1吗，为什么是模式0吗？

   在选择工作点进行探头设计时，采用的是相速度频散曲线，此时可以看到模式1相速度大于模式0，如图1（a）。但A扫信号里的传播速度是群速度，从群速度频散曲线可以看到模式0的传播速度大于模式1，如图1（b）。

图1 宽度为36毫米的矩形板的色散曲线：（a）相速度和（b）群速度

        3、实验对象是怎样的？

   实验对象是长条形的矩形板，如图2所示。在不同矩形板的实验过程中，矩形板的厚度是不变的，只改变矩形板的宽度。

图2 导波EMAT实验系统

        4、矩形板理论里的SH导波是针对PPM激励产生的，对压电也适用吗？

   不同方式激励的SH导波都适用，只要传播方向和振动方向垂直就可以。

        5、探头的大小和放置位置对激励SH导波是否有影响？

   这个是有显著影响的，当探头很小时，产生的声场是向两边发散的，这类似与点源产生的声场。因此，探头大小应与矩形板的宽度大小相当。

        6、截止频率的研究有什么实际应用？

   传统的PPM EMAT在设计时，只考虑板厚，没有考虑板宽的影响。截止频率偏移会导致出现多个模态，A扫信号出现波包混叠，这使得无法识别裂纹回波。截止频率偏移很好的解释了出现的波包是高阶模式，为裂纹回波的有效识别提供了依据。

四、需要完善、改进的地方：

1.现有实验是对不同宽度的矩形板进行研究，应该对变截面矩形板的截止频率进行研究，进一步研究变截面板中导波的传播规律。

2.给出矩形板的三维波结构云图，会有助于理解矩形板的导波模式。

五、会议现场：

六、国内外相关技术前沿：

传统的SH导波理论是在无限大平板基础上，体波在厚度方向耦合形成SH导波[1]。当SH导波在平板中传播时，平板的厚度成为唯一能够影响SH导波截止频率的几何参数。Nurmalia等[2]研究了SH导波入射平板光滑缺陷时的模态转换问题。通过电磁超声换能器在铝板中选择性地产生SH0和SH1，并通过探针检测各点的传播模式。缺陷具有平底区域和锥形边缘，底部缺陷区域的剩余厚度小于SH1模态截止厚度。这两种模式在锥形边缘都表现出独特的模式转换行为，并用色散关系进行了解释，在特定条件下还观察到了SH1模式的全反射现象。数值模拟发现，锥形区的连续波数变化以及由此产生的截止厚度处的零值导致了这种全反射，如图3所示。

图3 高阶模式的全反射

Suresh等[3]介绍了一种新的超声方法来精确评估结构的最小残余厚度。该方法利用了SH1导波模态的截止特性，需要在较宽的波长和频率范围内同时激发SH1波模态。为了实现这一目标，使用了一种能够产生宽范围波长的磁铁可变间距的EMAT换能器。对残余厚度为6 mm和4 mm的两种不同缺陷进行了反射和透射分析。实验表明，单次时间响应数据经后处理后能够预测残余厚度，最大误差为2.66 %。

Kubrusly等人[4，5]研究了加工壁薄金属板上SH0和SH1导波模态的相互作用和模态转换现象。 通过计算入射SH0和SH1模式前缘和后线锥边的反射系数和透射系数进行定量分析。通过改变锥度长度和深度来评估几种几何形状。使用周期性永磁阵列EMAT作为发射器和接收器进行实验，产生单个SH模式，同时接收SH0和SH1。实验和数值数据具有良好的一致性，表明当发生模式转换时，SH导波与这些缺陷的相互作用是复杂的。反射系数和透射系数的值在变薄深度和边缘角范围内是非单调的。

然而，SH导波在变宽度板中传播时，会在矩形截面的边界之间发生共振，传统的平板SH导波理论并不适用。Morse [6] 利用石松子粉末形成可见的驻波图案，测量了矩形黄铜棒的频散曲线，测量结果表明矩形棒的频散曲线主要由较大的横向尺寸决定。

[1] Rose JL. Ultrasonic Guided Waves in Solid Media. New York: Cambridge University Press; 2014.

[2] Nurmalia, Nakamura N, Ogi H, Hirao M, Nakahata K. Mode conversion behavior of SH guided wave in a tapered plate. NDT E Int 2012;45:156–161.

[3] Suresh N, Balasubramaniam K. Quantifying the lowest remnant thickness using a novel broadband wavelength and frequency EMAT utilizing the cut-off property of guided waves. NDT E Int 2020;116:102313.

[4] Kubrusly AC, Freitas MA, Weid JP, Dixon S. Interaction of SH guided waves with wall thinning. NDT E Int 2019;101:94–103.

[5] Kubrusly AC, Weid JP, Dixon S. Experimental and numerical investigation of the interaction of the first four SH guided wave modes with symmetric and non-symmetric discontinuities in plates. NDT E Int 2019;108:102175.

[6] Morse RW. Dispersion of Compressional Waves in Isotropic Rods of Rectangular Cross Section. J Acoust Soc Am 1948;20:833–838.