不锈钢管材中弯曲模态导波试验

使用单探头激励法在管壁中激励弯曲模态的导波,以频散曲线为切入点,研究了弯曲模态导波在不锈钢管材中的传播规律以及对缺陷检测的可行性。根据频散曲线选定F(n,3)及L(0,2)模态,进而确定激励频率和入射角。得到弯曲模态导波可对φ1 mm(含φ1 mm)的通孔进行有效检测的结论。     

管中导波的频散计算和缺陷检测

航空结构中不易拆卸的小口径管路和石油输油管道都需要一种高效快捷的损伤检测手段,研究了基于压电传感器的导波技术对中小口径管结构损伤的检测方法。借助Matlab软件求解频散方程,绘制频散曲线,根据频散曲线分析最佳激励频率及最佳导波模态,进一步得到检测信号的激励方法。结合数据处理及损伤定位方法,给出一套管路损伤的导波检测方法。试验结果表明:使用L(0,2)模态导波有效检测出φ25 mm不锈钢管上φ2 mm通孔,检测距离达70 m,使用T(0,1)模态导波有效检测出石油管道上的腐蚀缺陷。     

基于检测信号的导波频散曲线获取方法

频散曲线是导波检测的重要依据,现有方法通过数值计算获得特定波导的频散曲线,然而目前有非常多的波导构件,由于结构的复杂性无法计算其频散曲线。研究了通过导波检测信号实现频散曲线获取的方法。基于检测信号的时频分析结果,利用信号的能量最大值实现频散曲线的手动和自动获取。利用上述方法对钢棒、钢管等规则构件的检测信号实现特定模态频散曲线的获取,结果与数值求解的理论频散曲线符合得很好,验证了该方法的正确性。利用该方法得到了预应力钢绞线这一非规则结构波导的特定模态频散曲线。     

超声导波在弯管中传播特性的有限元分析

通过建立弯管的ANSYS／LS-DYNA3D模型,模拟了L（0,2）模态导波在管道中的传播形态;计算了弯管中I。（0,2）和T（0,1）两种模态群速度曲线,并与相同管径和壁厚的直管做对比;研究了L（0,2）模态对管道弯头内外侧缺陷的检测能力。结果表明：导波在通过弯头时会发生模态转换,且频率越高模态转换越明显;L（0,2）和T（0,1）两种模态在弯管和直管中的频散曲线低频段时差异小而高频段时差异显著;并且,L（0,2）模态对弯头外侧缺陷检测能力要高于弯头内侧。     

超声导波在钢管中的传播特性

根据有限元理论,通过建立钢管的3D模型,模拟超声纵向导波L（0,2）在钢管中的传播模态。在弹性动力学的基础上,分析得出了超声导波在钢管中传播时存在着多模态和频散特性。根据钢管的频散曲线选取了激励L（0,2）模态的高频信号的频率,利用有限元软件ANSYS／LS--DYNA进行仿真。根据仿真结果中回波信号时间计算得出的波速结果与频散曲线的值相符;通过查看两个节点的位移时间历程曲线图,验证了导波在传播过程中存在的衰减和多模态现象。     

弯折小径管中槽型缺陷的L(0,1)模态导波检测

利用L(0,1)模态超声导波对直径为10 mm,壁厚为2 mm的不锈钢小径弯折管中的槽型缺陷进行检测。首先,建立有限元仿真模型,分析L(0,1)模态在具有不同弯折角度弯头处的模态转换和反射特性,观察到不同模态的反射回波信号能量与弯折角度间存在非单调关系;其次,利用磁致伸缩传感器在小径管中激励中心频率为90 kHz的L(0,1)模态的超声导波,对槽型缺陷进行检测,分析了弯折角度对导波缺陷检测能力的影响。结果表明:弯头处导波模态转换成F(1,1)模态后会影响导波对弯头后端槽型缺陷的检出能力,将提出的特征波形能量比值β作为表征参数,可以实现缺陷的检出,弯折角度为90°时检测效果最佳。     

树脂锚杆锚固质量超声导波检测技术

研究了锚杆锚固质量超声导波检测技术。根据理论得到的频散曲线,选取适合树脂锚杆锚固质量检测的高阶纵向模态和激励频率。试验中,直径22 mm,长2 800 mm的锚杆埋置于长度不断增加的环氧树脂层中,采用脉冲回波法在锚杆结构中接收不同锚固长度时高阶纵向模态的第一次端面回波。试验结果表明,随着树脂握裹长度的增加,高阶纵向模态的第一次端面回波峰峰值呈近似线性下降趋势。     

飞机关键部件结冰的超声导波探测

提出了一种利用超声导波优选模态探测结冰的方法,以冰-铝板双层结构为研究对象,建立半解析有限元(SAFE)模型,得到其导波频散曲线与波结构;从频散曲线中选取若干个模态频率点进行有限元仿真,分析不同模态超声导波对结冰的敏感性,并通过冰-铝板结构结冰探测试验进行验证。结果表明,敏感模态的超声导波能够探测出冰的存在,可探测最小直径为20 mm的结冰区。     

管道导波检测中激发频率的选择及灵敏度分析

采用超声纵向导波对热交换管进行检测。首先利用导波的频散曲线，选定了检测的最佳导波模式L(0，2)，然后用位移分布、应力分布及总能量密度分布等选取了用该模式检测特定管道的频厚积，最后通过试验分析了管道导波检测的灵敏度。试验结果表明，L(0，2)模式的波长比缺陷尺寸大10倍时，也能非常清楚地检测到缺陷。     

铜管超声导波检测试验

根据铜管中轴对称纵向模式导波的频散曲线及L(0,2)模式导波的位移分布曲线,选择频率0.49MHz的L(0,2)模式导波,对带有不同缺陷的铜管进行检测试验。结果表明,L(0,2)模式导波对铜管中各种缺陷均有良好检出能力,缺陷的反射波幅主要取决于缺陷径向和周向尺寸,而缺陷的轴向尺寸对反射波幅基本没有影响。     

传播距离对管中导波传播特性的影响

在自由管材的情况下，分析了传播距离和管材中较低阶纵向导波模式波包幅度的关系。理论及实验结果表明，对于不同检测距离和内径一壁厚比的管材，检测中应用不同的导波模式，所用的激发脉冲周数和频厚积也应不同。在管材中激发和接收的导波模式中，L(0，2)模式的波包幅度较大，而L(0，1)模式的波包幅度较小，理论和实验结果是一致的。     

超声导波检测技术在电力系统的应用

介绍了超声导波激发的基本原理和导波的传播模式、分类以及导波在输电铁塔锚杆和角钢类型材检测、电站压力管道和小直径管子检测方面的应用。超声导波检测技术具有检验速度快、成本低等优点,能有效地提高检测效率,可广泛应用于电力系统的无损检测工作。     

小口径薄壁管中纵向缺陷的周向超声导波检测

对于小口径薄壁管的检测,通常采用超声水浸聚焦法。该方法灵敏度高、可靠性好,但不适于原位探伤,且检测速度慢、设备昂贵。为此提出了基于周向导波技术的检测方法。在实际检测过程中,观测到一组特殊回波序列,查明了这种回波是由侧向耦合剂液面反射产生,其对保证检测可靠性具有重要价值。通过数值计算,得到管材中周向导波的频散曲线,确定了导波模态,并计算了该导波的位移分布。试验及计算结果表明,该周向导波的能量主要集中在管材的外表面附近,可有效地进行小口径薄壁管的原位探伤,弥补了水浸聚焦法的不足。     

基于微粒子喷丸处理的螺栓防松能力改善研究

目的基于试验测试结果,研究微粒子喷丸(FPP)技术对螺栓防松性能的影响及机理。方法使用微粒子喷丸工艺处理了两种硬度不同的螺栓(不锈钢螺栓和镀锌螺栓),使用螺栓横向振动试验装置在液压伺服万能疲劳试验机上对以上两种类型的未喷丸螺栓及喷丸螺栓进行了反复加载振动试验。试验结束后,使用扫描电镜(SEM)对螺纹配合处的螺栓螺牙进行了磨损形貌观察。结果未喷丸情况下,镀锌螺栓比不锈钢螺栓的防松能力低约40%。微粒子喷丸处理后,镀锌螺栓的防松能力提高了28%,而不锈钢螺栓的防松能力提高了15%,微粒子喷丸对镀锌螺栓的防松能力提高更加显著。螺纹表面的磨损程度越低,螺栓的防松能力越强。结论微粒子喷丸处理提高了螺牙表面的硬度,减轻了螺牙的磨损程度,从而改善了螺栓的防松性能。微粒子喷丸技术对螺栓防松能力的改善程度随着螺栓螺牙表面硬度的增加而增大。     

Lamb and SH waves generated and detected by air-coupled ultrasonic transducers in composite material plates

Electrostatic, air-coupled, ultrasonic transducers are used to generate and detect guided waves in anisotropic solid plates. Waves considered in this study are Lamb-type and SH-type, guided modes. If the plane of propagation coincides with a plane of symmetry of the material, then Lamb modes only are launched and detected by the transducers. If the plane of propagation does not coincide with a plane of symmetry of the material, then Lamb modes are still generated and detected, but guided, SH-like modes are, too. The variation of phase velocity with frequency is measured for several modes propagating in different directions along a glass–epoxy composite plate.A numerical model that takes into account the anisotropy of composite materials is developed to predict the dispersion curves (phase velocity, group velocity or wave-number versus frequency) and the displacement fields of plate waves, the plane of propagation being either a plane of symmetry or not.The experimental phase velocities are in good agreement with the predicted dispersion curves, thus showing that the forward problem concerning the propagation of plate waves in anisotropic, homogeneous, composite material plates is properly solved. The dispersion curves associated with the predicted displacement fields show that guided modes in composite plates have different behaviors depending on their direction of propagation.     

兰姆波频散曲线的计算

兰姆波频散曲线是进行兰姆波超声检测的重要参考和依据。对瑞利-兰姆方程进行了分析，给出了无限大板中兰姆波频散曲线的数值计算方法，并采用这一方法绘制了铝板中兰姆波的相速度和群速度曲线。对推广应用兰姆波无损检测有实际意义。