弯管中超声导波传播特性的研究

为了利用超声导波检测弯管中的缺陷,研究了L(0,2)模态在弯管中的传播特性．通过实验得到了不同曲率半径的90°弯管中L(0,2)模态的透射系数．结果表明,L(0,2)模态在弯管中传播时会出现模态转换现象,幅度有相应的衰减,从而影响导波的传播距离和缺陷检测能力;随着曲率半径的增大,L(0,2)模态的透射系数逐渐越小,并且对于同一弯管,激励频率越大,透射系数也越小．     

扭转模态导波检测管道纵向缺陷的数值模拟

为了评价超声扭转模态导波对管道纵向缺陷的检测能力,采用有限元方法进行了数值模拟研究.建立了带有纵向缺陷的管道有限元模型,激励和接收了扭转模态的T(0,1)导波,获得了缺陷长度与反射系数之间的关系曲线和回波信号在管道圆周方向的分布规律,并提出了采用T(0,1)模态导波检测时,对纵向缺陷进行周向和纵向定位的方法.结果表明,32.6 kHz的T(0,1)模态导波对管道上的纵向缺陷比较敏感,在缺陷所对应的圆周位置上,导波的回波幅度最大,而且,纵向缺陷对T(0,1)模态导波的反射系数呈单调增大、然后减小的趋势.     

超声导波在管道中传播的数值模拟

为了研究超声导波在管道中的传播特性并从中选择适合于无损检测的导波模态,在弹性动力学理论基础上,分析了超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性;通过编程数值计算了超声导波在管中传播时的频散曲线和各模态沿管壁的位移分布;利用数值计算结果以及Fourier分解法,模拟了导波在管道中的传播现象,获得各个模态在传播一定距离后的时域波形.结果表明,在特定频率下,L(0,2)模态导波频散现象较小、传播速度最快,是管道缺陷无损检测的理想模态.数值模拟结果与理论分析相吻合,并且证明此种Fourier分解法可以有效地模拟管道中超声导波的传播特性.     

基于时间反转的管道导波小缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道小缺陷检测的不足,给出了一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有裂纹及孔型小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,令由于缺陷而产生的多个转换模态同时到达缺陷位置,使原本分散在各导波模态的检测能量汇聚于缺陷处,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.     

基于时间反转的管道导波非穿透缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道非穿透型小缺陷检测的不足,给出一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有非穿透型裂纹小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.利用时间反转导波的空间聚焦特性还可建立时间反转导波的圆周位移分布与缺陷的周向和径向位置间的关系,为实现缺陷的三维定位奠定基础.     

基于局部波数分析的复合材料板层裂损伤成像

基于超声导波的板状结构损伤检测方法以其检测范围大、灵敏度高等优势而吸引了研究者的广泛关注。然而复合材料中超声导波的复杂传播特征及常规的接触式导播驱动/传感手段限制了其在实际损伤检测中的应用。激光多普勒测振仪作为一种新型非接触导波场传感手段,能够以非接触的形式拾取结构表面高空间分辨率的导波场信号。基于导波场所提供的丰富结构特征信息,波数分析方法不仅能够实现结构内损伤的快速定位,也能评估损伤形状及尺度等特征。基于三维有限元数值建模,采用频率波数域分析方法检测复合材料中层裂损伤,讨论不同深度的损伤成像效果。数值模拟结果为该方法应用于实际复合材料损伤检测提供了理论基础。     

利用压电导波层状管道结构的损伤识别

目的绘制层状管道结构导波的频散曲线,提出一种利用压电超声导波层状管道结构损伤识别方法.方法利用Navier方程及边界条件建立频散方程并进行数值求解,分别绘制出空管和充液两种情况下的导波频散曲线.为了验证理论分析结果,利用压电导波试验方法,对一个长2 m的层状空管和层状充液管道中的人工周向缺陷进行识别.结果导波的频散和衰减程度较弱的L(0,1)模态适合于层状充液管道中的损伤识别.随着导波频率的增加,频散效应逐渐增加,损伤识别能力也逐渐下降.对于充液管道,导波能量会通过液体中传播,降低损伤识别的精度.结论在对层状充液管道进行损伤识别时,应根据频散、衰减和导波结构等传播特性选取合适的纵向模态.利用压电导波进行层状管道结构损伤识别是十分有效的.     

采用PZT传感器激励和接收超声导波

采用PZT传感器在钢管中激励并接收超声导波,研究导波在管道中传播时的反射、透射现象。实验表明,利用斜探头可以在管道中激励和接收超声导波并可对管道中的缺陷进行检测。利用斜探头激励出的超声导波,具有环绕圆管传播的传播形式,该导波与缺陷相互作用而产生缺陷回波;当斜探头偏离缺陷所在母线成某一角度时,接收探头可接收到该缺陷的最大回波信号。     

内压弯管在多轴循环外力下的棘轮应变数值分析

弯管在流体压力、热载荷及振动载荷作用下,处于复杂应力状态,其棘轮应变分析很难通过解析计算的方法实现。本文利用有限元法对压力弯管进行多轴棘轮应变分析,采用基于Chaboche模型基础上的非线性随动强化定律,更新弹塑性有限元计算所采用的本构关系,通过一典型的弯管实例进行了数值分析,预测其棘轮应变,考察其塑性应变行为,为结构设计提供依据。     

超声导波技术在管道缺陷检测及评价中的应用

超声导波技术是一种新兴的无损检测技术,由于其检测距离长、速度快、成本低、且可以对常规管道检测方法无法接近的管道进行检测及评价,多用于对带夹具、有套管或埋地管道的检测.笔者对管道超声导波的检测原理,以及超声导波在管道中的传播和衰减特性进行了研究,分析了影响管道超声导波检测准确性的主要因素,并采用纵向和扭转模态导波对一段24,,m长、存在复杂管道特征及人为加工缺陷的管道进行了实验.     

超声导波管道缺陷检测数值模拟

介绍了超声导波检测技术的研究意义、发展现状、导波检测的基本原理和激励频率的确定。应用ANSYS有限元分析程序建立管道模型,删除模型中部部分单元模拟切槽缺陷,施加端部激励载荷产生L（0,2）和T（0,1）模态导波,模拟超声导波的传播及遇到缺陷的反射回波情况,通过对接收信号的分析,较为准确地定位了缺陷位置。     

管道导波检测中传感器数量和频率特性研究

为了有效地检测管道缺陷,使用PZT传感器在管道中激励并接收超声导波,采用轴对称激励接收的方法,通过多组实验研究了导波在一定频率范围内管道端部与缺陷的第1次反射回波的幅值大小与频率之间的关系,分析了传感器中探头个数对信号大小的影响,确定了激励导波的最佳频率范围.实验表明,反射回波幅值的大小与传感器的固有特性有关,有缺陷管道检测与无缺陷管道检测的最佳实验频率一致,可以考虑以无缺陷管道的最佳实验频率作为频率选择的参考.     

超声导波电磁声换能器的研究进展

超声导波具有检测范围大、检测效率高等优点,广泛应用于板、管等典型波导结构的缺陷检测.作为超声导波换能器类型之一,电磁声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)得到广泛关注和快速发展.综述了近20年来超声导波电磁声换能器的研究进展.主要包括:针对板和管结构超声导波检测的单模态EMAT结构设计;用于提高激励导波的能量和模态单一性的EMAT线圈与磁体结构参数的优化,针对非金属材料检测的新型贴片式EMAT的结构设计;阵列技术在EMAT性能优化上的应用和在缺陷定位和成像上的应用.     

Defects detection in typical positions of bend pipes using low-frequency ultrasonic guided wave

In order to analyze the possibility of detecting defects in bend pipe using low-frequency ultrasonic guided wave, the propagation of T(0,1) mode and L(0,2) mode through straight-curved-straight pipe sections was studied. FE(finite element) models of bend pipe without defects and those with defects were introduced to analyze energy distribution, mode transition and defect detection of ultrasonic guided wave. FE simulation results were validated by experiments of four different bend pipes with circumferential defects in different positions. It is shown that most energy of T(0,1) mode or L(0,2) mode focuses on extrados of bend but little passes through intrados of bend, and T(0,1) mode or L(0,2) mode is converted to other possible non-axisymmetric modes when propagating through the bend and the defect after bend respectively. Furthermore, L(0,2) mode is more sensitive to circumferential notch than T(0,1) mode. The results of this work are beneficial for practical testing of pipes.     

周向导波对各向异性圆柱板纵向缺陷检测的有限元模拟

为了更有效地使用超声技术检测各向异性管道中纵向缺陷,采用正交多项式级数的方法计算了正交各向异性均匀无限长管道中的周向导波的频散曲线,并通过有限元模拟验证了前两阶模态的群速度．根据对群速度频散曲线和位移分布的分析,找出了适合各向异性圆柱板中纵向缺陷检测的频率及模态,通过有限元模拟实现了纵向缺陷的检测及定位．     

管道周向导波检测技术研究进展及展望

周向导波检测技术是超声无损检测和弹性动力学研究的重要领域之一,综述了周向导波检测技术及其应用研究进展.首先介绍了周向导波的分类、频散特性、主要激励方式以及薄壁管道中周向导波与板中导波的关系;简述了多层管道中的周向导波的研究进展.在此基础上,着重讲述了周向导波的传感技术、数值分析以及工程应用进展.最后,对周向导波检测技术进行了总结与展望.