基于超声导波的压力容器健康监测Ⅱ:定位精度的影响因素

基于超声导波的压力容器健康监测研究的第二部分,主要考察影响压力容器损伤定位精度的因素。重点研究PZT压电片阵列形式、激发频率、缺陷位置及稀疏度对压力容器缺陷定位精度的影响规律。为分析既定试验阵型的稀疏度对压力容器封头和筒体缺陷定位精度的影响,提出降低入射波幅值来模拟导波在不同直径、轴长的压力容器中传播的方法,并试验验证该方法的可行性。研究结果表明,对于直径为325mm的压力容器封头,沿圆周均匀布置8片PZT压电片、顶点布置1片PZT的阵列形式的缺陷定位精度最高;当激发频率为210 kHz和220 kHz时,算法对压力容器封头的定位误差最小,有效比率最高;压力容器封头中缺陷的径向位置对定位精度影响很小,算法对位于传感器连线上的径向缺陷定位精度最高;试验结果与采用降低入射波幅值的方法对大直径、长轴压力容器的缺陷定位结果接近,当导波传播距离特征值所对应的A0导波幅值小于5时,传感器阵列过于稀疏而导致缺陷定位精度快速降低。     

HP40Nb合金钢高温劣化的非线性超声评价

耐高温合金材料在服役过程中会发生高温劣化,主要表现为微观组织结构的变化,从而导致在其中传播的超声波能产生显著的高次谐波.针对HP40Nb合金钢材料高温劣化的检测及评价,提出采用归一化超声纵波非线性参量来表征材料的高温损伤状态.对HP40Nb损伤试样进行了非线性超声信号的测量结果显示,归一化超声纵波的非线性参量随着材料高温加载时间呈现出显著的上升-平稳-下降趋势.对材料微观组织演化过程进行了扫描电镜(SEM)的观察和分析,结果表明,超声非线性参量在早期阶段的上升与HP40Nb材料高温加载过程中η相等第二相的析出和聚集密切相关;其在后期阶段的下降归因于析出相的减少和脱落以及微孔洞的产生.由此可见,非线性超声对HP40Nb材料高温劣化后微观组织的变化非常敏感.     

基于相位-频率测量的材料残余应力超声表征方法*

针对材料中残余应力无损检测的问题,提出一种基于相位-频率关系测量超声信号传播时间的方法,并以声弹性理论为基础,采用纵波和横波相结合的测量模式,建立残余应力的超声测量方法。该超声测量方法应用于焊接接头的残余应力测量,不仅能够表征两轴方向上的残余应力,而且还适用于短距离声时的精确测量,测量精度达到9 mm试样距离上0.3 ns的分辨率(加载应力为20 MPa)。制作16Mn钢材料的焊接接头,并采用所提出的超声测量方法对焊接接头的残余应力分布进行测量。同时,采用理论计算、X射线衍射技术等分别对16Mn钢材料的声弹性参数及焊接接头残余应力分布进行验证测量。研究结果表明基于相位-频率精确测量声时的残余应力超声测量方法具有较高的应力分辨率和较好的测量稳定性,可适用于焊接接头两轴方向上的残余应力表征。     

自适应滤波在超声无损检测中的应用

超声无损检测中,特定的缺陷回波一般都具有一定的相关性,因而可利用自适应滤波来增强缺陷回波信号,介绍自适应滤波的结构与最小均方（LMS）算法,从超声检测应用结果来看,该方法有较好的特性与前景。     

疲劳微裂纹的非线性兰姆波静态分量检测研究

为定量表征板状金属结构中的疲劳微裂纹扩展状态,采用非线性超声兰姆波静态分量方法,对含不同长度疲劳微裂纹的金属结构进行检测.实验采用低频超声换能器间接接收非线性兰姆波静态分量信号并进行时频域分析,获得非线性参数随微裂纹长度的变化趋势,并分析不同模式基频兰姆波生成的静态分量对疲劳微裂纹的敏感性.通过仿真模拟进一步分析非线性...     

板状构件粘结强度的非线性超声导波检测

相较于铆接、螺接、焊接等连接方式,板状粘结构件具有质量轻、应力分布均匀等特点,广泛运用于航空航天、车辆制造等工业领域。板状粘结构件在服役过程中出现的粘结强度退化、弱粘结等会影响其服役可靠性及安全性,因此对粘结强度进行检测十分必要。非线性超声导波对材料微观结构特征变化比较敏感,可用于粘结构件的粘结强度检测。采用非线性超声导波对铝合金-环氧树脂-铝合金板状构件进行检测,通过不同的固化工艺制备粘结结构件模拟不同粘结强度,检测结构件中传播的非线性超声导波,计算超声非线性参量,获得超声非线性参量在不同固化工艺下的变化趋势。通过拉伸实验测得粘结强度,进而构建超声非线性参量与粘结强度的关系。实验结果显示,粘结强度越大,超声导波的非线性参量越小。该研究表明,非线性超声导波可有效检测板状构件的粘结强度,为工业检测板状结构粘结强度提供了有效方法。     

充粘液管材超声导波检测模式及频厚积的选择

对超声纵向导波在充粘性液体管材中的轴向功率流分布进行了计算和分析,结合了系统中导波传播的衰减系数分布曲线,以此确定了用各模式检测管材的最佳频厚积范围以及其适合检测的缺陷位置。分析表明:频厚积在0.07 MHz·mm以下,用L(0,1)模式检测较为理想,检测管内壁缺陷时更为灵敏;在0.09～O.16 MHz·mm之间用L(0,2)模式检测及在0.18～0.28 MHz·mm之间用L(0,3)模式检测时较为理想。轴向功率流分布能有效地选择检测的最佳导波模式及频厚积。     

基于超声导波的压力容器健康监测Ⅲ:纤维缠绕压力容器的在线监测

基于超声导波的压力容器健康监测研究的第三部分,主要考察所研究的健康监测技术在纤维缠绕压力容器损伤定位中的应用。开展纤维缠绕压力容器的疲劳和打压爆破试验,设计远程在线监测系统以实时获取不同工况中纤维缠绕压力容器损伤定位结果。在打压和疲劳试验过程中,采集压力容器在不同状态中的导波信号,并分别测量金属内胆和复合材料层的应变变化,建立导波幅值与压力容器疲劳状态和受压状态之间的关联。开展纤维缠绕压力容器在打压爆破过程中的损伤定位,研究疲劳对损伤定位精度的影响规律。结果表明,在疲劳试验中,应变片能够连续记录并反映压力容器的应变状态,但疲劳周期随残余应变的变化趋势不明显,而导波幅值随疲劳周次的增加而线性下降;对经过5 700周疲劳和未经过疲劳的纤维缠绕压力容器,导波幅值随着其内部压力的增加而线性下降,而应变值随着压力的增加线性增加,二者的对应关系可用于判定纤维缠绕压力容器的受压状态;利用所研发的在线监测系统可以远程获取纤维缠绕压力容器损伤位置信息,5700周的疲劳在很大程度上影响定位精度,而未经疲劳试验的压力容器的损伤定位误差较小。     

基于超声导波的压力容器健康监测Ⅰ:波传导行为及损伤定位

严苛的使用环境造成的压力容器损伤会导致结构失效而造成巨大安全隐患;超声导波具有大面积、长距离监测的优点,能及时避免压力容器失效。开展基于超声导波的压力容器健康监测研究,分三个部分。第一部分主要研究超声导波在压力容器中的传播行为及损伤定位方法。首先利用有限元法研究超声导波在压力容器中的传播行为,开发出针对压力容器圆柱筒体及球形封头的损伤定位算法程序,并重点讨论信号处理方法对压力容器不同部位损伤定位精度的影响。研究结果表明,导波在压力容器中传播易产生多模态,其在压力容器中不断地循环传播直至能量衰减耗尽,且极少发生边界反射;在基于超声导波的压力容器缺陷定位时,截取合适的时域导波信号并对信号进行滤波和降噪处理能够有效提升压力容器缺陷的定位精度;缺陷信号相对于基准信号的时间零点漂移及非检测模态波包的干扰是影响压力容器缺陷定位精度的两个主要原因,修正后的算法对压力容器筒体和封头缺陷的定位误差在5%以内。     

朗之万换能器振动模式的有限元三维分析

本文主要运用3D有限元分析方法来分析应用于水下声纳的朗之万换能器的振动模式,频率从40KHz-160KHz.限于篇幅,本文只从理论计算上分析了以下三种情况即换能器总长度大于其直径;换能器总长度与其直径相当;换能器的总长度小于其直径.计算结果显示出换能器纵向振动与径向振动两种模式的情况以及其耦合情况,并且表明在实际应用中可以采用激励压电片的直径大于或等于换能器的纵向长度的这种情况.