复合管内径壁厚比对导波速度的影响

文章分析了复合管材中超声纵向较低阶导波模式的频散特性，在一般的弹性动力学运动方程的基础上，讨论了内径-壁厚比对导波传播速度的影响。结果表明：当材料和频厚积一定时，复合管材中导波的速度只与内径-壁厚比有关；当内径-壁厚比和频厚积较小时，内径-壁厚比的变化对低阶导波模式的传播速度有较大的影响，但随内径-壁厚比和频厚积的增加，这种影响将减小。     

复合管状结构中超声导波的位移分布

对超声纵向导波在复合管状结构中的传播特性进行了分析。然后分析了系统中的位移分布,以此确定了各模式检测管材的最佳频厚积范围和检测的最佳位置。结果表明,各模式的径向和轴向位移在管内壁上的值较大,而在管壁中间和管外壁上的值较小;当频厚积增大到一特定值后,管壁中间和管外壁上的径向和轴向位移都近似为零,此特定值随模式阶次的提高而增加。选取各模式检测的频厚积时,应尽可能的选径向位移较小而轴向位移较大的频厚积点。     

高温管道超声导波监测的基础研究

以电厂管道中常用的T91钢为例,在线弹性力学基础上,研究了当材料物性受高温影响而发生变化时,内径-壁厚比（RIRT）为4的中空管道中1-4阶纵向和扭转模态导波的传播特性。详细分析了在由于高温而引起材料物性变化时,各模态导波的频散特性的变化关系。研究发现,随着频厚积的增加,温度改变引起的材料物性变化,对各模态导波传播特征的影响力增强;对于1-3阶纵向和扭转模态导波,弹性模量的变化对频散曲线有着主导作用。     

充粘性液体管材中超声导波的应力分析

对超声纵向导波在充粘液管材中的应力分布进行了分析,并讨论了用各模式检测充粘液管材的最佳频厚积范围和检测位置。分析表明,随频厚积的增加,L(0,1)和L(0,3)模式的平面内应力在管外壁上的值由负向变为正向,而L(0,2)和L(0,4)模式面内应力的值则相反,变换方向的点恰好在各模式的下一高阶模式群速度最大时的频厚积点附近;而在管内壁上,法向应力分布曲线达到零点的位置恰好在各模式群速度最大时的频厚积点附近。在各模式群速度较大的频厚积区域内,该模式在管内外表面上的平面内应力较大,而法向应力较小,因此能量泄漏较小。故在各模式群速度较大的频厚积区域内,用该模式来检测充粘液管材较合适。     

T型加强筋条对弹性导波在薄板中传播行为的影响

加筋薄壁板是航空航天、船舶等装备结构中经常使用的构件。采用弹性导波方法对此类结构进行损伤检测时，需要深入理解筋条对弹性波在薄壁结构中传播行为的影响。针对飞行器结构中典型的T型加筋壁板结构，采用数值模拟方法研究了超声导波与T型加强筋条的作用机制，分别从时域、频域和波数域等维度，分析了由于筋条存在引起的波传播行为的变化特性。结果表明：筋条存在会在结构中引起明显的传播波模式转换现象；随着激励频率的变化，S0与A0模式导波反射及透射行为变化明显。     

基于时间-空间变换的超声导波检测新技术研究

超声导波的频散和多模态特性,对超声导波检测的效果和检测范围有很大的影响。在分析超声导波时间-空间传播特性基础上,建立了超声导波检测的空间表述模型。由于考虑了导波传播过程中的频散特性,空间表述模型减小了频散对导波检测波形的影响,提高了检测系统分辨率,并可以直接获得结构中特征体信息,如端面、缺陷的位置等。实验结果表明,该技术可以大大提高超声导波检测范围和检测效果。     

无限介质包围的充液管道中导波的频散特性

利用波传播方法从理论上分析了无限介质包围的充液管道中导波的频散特性。基于经典的薄壳振动理论,求出了不同传输路径中的波数表达式,并利用数值方法对振动方程进行解析研究,分析管道参数和无限介质对导波频散特性的影响。结果表明,管道厚径比、管壁厚度、无限介质和管壁材料与导波频散密切相关。其中管道厚径比和管壁材料对流体主导波（s1波）频散的影响更大,管壁厚度和无限介质对管壁压缩波（s2波）频散的影响更大。通过仿真证实了无限介质对s2波频散的影响比对s1波更大。研究结果对于地埋管道的漏损检测具有一定的参考意义。     

厚壁管超声探伤方法研究

厚壁管超声探伤方法研究北京航空材料研究院韩波，李家伟一般来讲，管材内部缺陷的分布方向主要有两种，即径向和轴向。轴向缺陷的检验采用纵波直探头或双晶探头即可解决。径向缺陷的检验，对于壁厚与外径之比小于０．２的管材而言，可采用纯横波检测；壁厚与外径之比大于...     

火炮身管超声导波频散特性及传感器配置

超声导波检测技术具有检测距离远、效率高的优点,适用于检测火炮身管等圆管类结构,具有突出的军事应用价值和前景。首先对圆管超声导波理论进行推导,并对身管损伤的几种常见类型进行分析研究。采用数值计算的方法绘制频散曲线,通过分析其频散特性对导波检测频率进行优选,初步得到了最佳的检测频率范围;其次着重对传感器种类选择、数量及分布方式与导波传播特性的关系进行研究。实验表明,导波检测的最佳频率范围为0～300 kHz,且导波弯曲模态一般不宜作为检测模态;传感器数量的增加不仅增强了激励信号的强度,还有效抑制了身管中导波的频散。     

混凝土分层缺陷的超声检测方法研究

为解决混凝土结构中分层缺陷的在线非接触检测难题,论文提出了利用空气耦合(简称:空耦)超声导波定量检测混凝土结构中分层缺陷的新方法。首先研究了空耦超声导波在混凝土结构中的传播特性,理论分析和实验表明,利用空耦超声波以入射角8.7°入射厚度为50 mm的混凝土板时,可以激发以A0模态为主的导波。然后构建了空耦超声导波扫查实验系统,在混凝土结构单侧利用一对倾斜8.7°的空耦探头激励和接收导波信号,通过分析发现A0模态对分层缺陷敏感,且其幅度与扫查路径中的分层缺陷尺寸存在单调变化关系;在此基础上,对检测区域进行扫查,利用不同位置处的导波信号幅度实现分层缺陷的二维成像。实验结果表明,该方法不仅可以避免耦合剂对检测结果的影响,同时可实现对服役状态下混凝土结构中分层位置及尺寸的定量检测。     

钢花管中低频纵向超声导波传播特性的试验研究

钢花管是管棚支护结构中的核心承力构件。将超声导波技术应用于钢花管的无损检测显得十分重要。首先优化选取了适用于钢花管检测的压电陶瓷片尺寸以及激励频率为30kHz的L(0,2)模态。为研究钢花管管体上的孔对低频纵向超声导波检测能力的影响,试验研究了钢花管孔数与检测信号特征之间的变化关系。结果表明:钢花管孔数的增加对频率为30kHz的L(0,2)模态回波信号幅值几乎没有影响,表明低频纵向超声导波具有对长距离钢花管无损检测的潜力;而频率为30kHz的L(0,2)模态的群速度随钢花管管体中孔的增加呈线性下降的趋势。该研究结果为基于低频超声导波技术的钢花管无损检测奠定了一定的基础。     

管道中T(0,1)模态导波检测技术的发展与应用现状

超声导波具有检测速度快、检测范围广等优点,被广泛应用于各类缺陷的检测。而扭转模态作为超声导波的一种对称模态,具有频散小、能量集中、信号单一且易于分析的特点。综述了近年来扭转模态的发展历程,从T （0,1）扭转导波的传播与检测原理入手,对比各类激励探头的激励原理与效果,并对其进行优缺点分析。通过分析导波模态的选取原则和导波在单层管道、双层管道和充液管道中传播的性质,总结激励频率、液体粘度、液体密度等因素对扭转模态导波在管道中传播的影响,进而明确扭转模态的适用范围及适用的信号处理方法,对于今后扭转模态的发展具有借鉴意义。     

水下带粘弹性层输油管道中纵向导波的传播特性

采用超声导波法对海底管道进行健康监测和缺陷检测,需要研究导波在深水环境下的海底管道结构中的传播特性。该文采用全局矩阵法计算纵向导波在水下带粘弹性层输油管道中的传播位移和应力,得到频散曲线和个别模态(如α 模态与L(0,4)模态)的波结构。通过对纵向导波频散曲线和波结构的详细分析,阐述了纵向导波在水下带粘弹性层输油管道中的传播规律。这既有益于加深对导波在深水环境下的海底管道结构中传播机理的理解,也可为设计采用纵向导波进行海底输油管道损伤检测系统提供技术支撑。     

非轴对称多元载荷条件下管道中纵向模态导波激励

轴对称载荷是管道中轴对称模态导波激励的有效方法。然而,受换能器安装误差等因素的影响,激励载荷多会变为非轴对称载荷,进而使激励出的导波模态变得复杂。对非轴对称多元载荷条件下纵向模态导波的激励问题进行了深入研究。考虑两种典型的非轴对称载荷,采用简正模态展开技术,建立了导波激励声场与边界载荷的量化关系,进而分析了各模态导波的产生机理及载荷阵列对纵向导波激励的影响。采用有限元数值模拟验证了理论预测结果。考虑实际管道检测中出现的非轴对称载荷,提出了一种载荷补偿策略并进行了实验验证。结果表明,该方法能够有效抑制弯曲模态导波的产生,同时也有助于改善导波信号的噪声水平。     

Hamilton体系下的功能梯度电磁弹性固体内的导波研究

根据Hamilton原理建立了三维压电压磁动力学耦合系统的Hamilton对偶体系，将经典的弹性力学一类变量问题转化为二类变量，建立了Hamilton正则方程组，研究了功能梯度电磁材料（FGMM）板／管内的弹性导波的频散特性及波结构特征。结果表明：（1）压电效应提高了Lamb波的频率和波速，而磁效应则相反，压电效应对波动的影响远大于磁效应；它们而对SH波没有影响（厚度方向极化）。（2）短路及断路电学边界条件对SH波不发生任何影响（厚度方向极化），而短路对Lamb波的频率和波速有不同程度的降低（相同波数下）。（3）在波结构上，对平板而言，所谓的“对称”和“反对称”Lamb波由于材料的梯度特性而变得不再严格的关于中心线对称或反对称。对管而言，由于材料的非均匀分布导致存轴对称栩转波模态中出现了横截面翘曲现象．轴对称纵向波也出现厚度剪切应力。