TLL-16型轮辋自动探伤机多角度B扫描成像技术研究

针对目前既有设备双向横波探头无法检测轮辋周-径向缺陷的问题,在现有轮辋C扫描成像设备为基础上拓展系统软件功能,采集超声波信号形成B扫描图像,并配套设计轮辋内侧面纵波探头及其夹持机构,较大方便了操作人员对周-径向缺陷的判定。     

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。     

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.     

盲分离在缺陷信号处理中的应用

针对钢管二维漏磁检测系统中,轴向缺陷检测装置中探头采集到各路轴向缺陷信号之间的互扰问题,采用基于相对梯度算法的盲分离技术,消除探头中各通道传感器采集信号之间的互扰.仿真结果表明,该方法具有稳定的可靠性和有效性,可以有效消除信号间互扰,提高检测设备探测缺陷能力,具有一定的应用前景.     

管道周向励磁漏磁检测ANSYS仿真分析

针对轴向导向的狭窄裂纹、焊缝、机械损伤和腐蚀凹坑等缺陷的检测问题,提出了一种周向励磁检测方法.通过分析周向漏磁检测原理,建立了静态情况下周向磁化器的二维有限元（FE）模型,利用ANSYS有限元分析软件对模型进行仿真分析.仿真结果表明,周向磁化器磁化管壁获得非均匀磁场,磁化器附近的磁场强度最大,两个磁极中心的磁场强度最小,缺陷漏磁信号不仅与缺陷参数有关,还与缺陷距磁极距离的大小有关.该结果证实了周向励磁方法检测轴向缺陷的可行性及开发管道周向励磁漏磁检测工具的实用性.     

基于导波的圆管横向裂纹检测的数值模拟与试验

研究圆管上的超声导波的裂纹几何尺寸与回波反射特征间的映射关系.首先,建立5组周向角度与径向深度的裂纹管道的有限元仿真模型,用脉冲-回波的方法模拟L(0,2)模态波对管道横向裂纹进行检测,提取其裂纹反射系数特征值;其次,搭建导波检测系统,加工3组周向裂纹的圆管试样,分别用单探头与4个探头进行裂纹检测试验.分析表明:试验与仿真分析得到缺陷尺寸对反射系数的影响趋势吻合;能够检测到1m以外的裂纹,轴向定位误差小于10%;裂纹回波的反射系数随着损伤程度的增大而增大.本研究为基于导波对管道横向裂纹的定位与识别提供了参考.     

油气管道特殊部件的漏磁检测信号特征分析

针对油气管道特殊部件的结构特点,分析了管道磁化后产生的磁场特征.基于管道漏磁内检测原理及麦克斯韦方程,采用Comsol有限元仿真软件对管道特殊部件与缺陷进行仿真,以漏磁信号轴向分量B_x所占的通道个数、B_x正负峰值出现的先后顺序、B_x幅值以及轴向长度作为分析判别管道特殊部件与缺陷的依据,对管道特殊部件上存在缺陷的整体漏磁信号B_x分量进行特征分析,缺陷信号B_x在补板信号B_x内侧且极性相反时视为补板缺陷.结果表明,该方法在判别管道特殊部件存在缺陷方面具有一定的可行性.     

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.     

管道漏磁内检测裂纹缺陷仿真与实验研究

针对管道漏磁内检测中裂纹与磁化方向角度过小难以识别问题,分析了直流电磁铁轴向励磁条件下裂纹角度对漏磁检测信号的影响以及裂纹漏磁信号的特征。采用Comsol有限元仿真软件,对管道内壁不同角度0.2 mm裂纹缺陷进行了仿真分析;搭建了直流电磁铁轴向励磁实验平台,采用电火花技术加工不同角度裂纹试件,进行裂纹角度问题的拖拉实验。结果表明,裂纹与磁化方向最小可检测角度为25°;随着裂纹角度的减小,漏磁信号峰值逐渐减小,信号跨度越大,噪声信号影响越大;当磁化方向与裂纹垂直时,漏磁信号幅值最大跨度最小,磁化方向与裂纹平行时无漏磁信号产生。     

基于ANSYS管道缺陷承载行为研究

研究了压力管道含局部减薄缺陷及轴向长表面裂纹缺陷时的极限承载能力及结构极限状态特性。通过ANSYS有限元方法对压力管道含局部减薄缺陷及轴向长表面裂纹缺陷进行非线性数值分析,结果表明极限载荷与材料屈服强度成线性关系;在极限状态下,裂纹前端塑性区首先沿45°方向扩展并贯穿韧带截面。     

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.     

窄声束阵列传感器的仿真优化与研制

针对厚壁管道的检测,提出并研制了一种新型的超声导波阵列传感器,其特点是声束窄、能量集中.首先,选取了对厚壁管道内外表面缺陷均敏感的周向导波模态,确定了激励该模态的入射角度及频率;然后,对阵元间距为0.5λ~1.0λ、阵元个数为4~8的传感器进行了声场的有限元仿真优化,选取了最优的阵元个数与阵元间距.最后,制作了传感器实物并进行了声场指向性测量.实验结果表明,该传感器相较于传统单阵元传感器,指向性好,能量集中.     

电磁超声换能器在金属板厚度检测中的优化

为了提高电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）在金属板厚度检测中的换能效率,利用ANSYS有限元软件对用于铝板厚度检测的电磁超声横波换能器进行三维建模与仿真.在仿真过程中,确定了电磁超声横波在铝板中的传播形状与方向,并以正交试验优化设计方法为指导,研究了电磁超声换能器的不同因素、不同尺寸对其换能效率的影响,并据此对EMAT模型尺寸进行了优化.通过实验验证,优化后EMAT得到的回波信号幅值是原始模型回波信号幅值的5倍,并且信噪比较高.     

基于复小波变换的超声信号分析技术研究

超声信号中标志实际测量目标的回波信号常常因受到由材料内部微缺陷(如裂纹、空穴、夹杂等)引起的众多回波干扰信号的干扰而难以识别。另外，由于超声波能量传递的各向异性特征，在同一位置不同方向测得的超声信号中，有效回波信号出现的位置常常会在一定范围内出现漂移，从而极大地影响超声检测结果的准确性。为此，本文利用复小波分析方法对实测超声信号进行了分析，并提出了小波包络检测及互相关分析技术。试验表明，该技术成功解决了上述难题，并充分提高了超声检测的准确性。     

波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应

利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形,采用Morison方程计算波浪力,并对结构水平方向输入El-Centro波进行模拟,根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究,研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化,并与地震单独作用下的结构动响应进行了对比分析。分析结果表明,在波浪和地震共同作用下,前排桩所受弯矩最大,同时,桩顶的受力最危险;桩顶轴力分布表现出角桩最大、中间桩最小的分布特征。当波浪力和地震力方向一致时,桩顶位移增大,桩身弯矩和桩顶剪力也随之增加;反之,当波浪力和地震力方向相反时,则桩顶位移减小,桩身弯矩和桩顶剪力也随之减小。     

高分子量聚乙烯对复合应力场下诱导体系成型高密度聚乙烯管材组织与性能的影响

针对传统方法成形管材周向强度低的问题,利用自制的剪切拉伸双向复合应力场挤管装置和向相对低分子量的通用级HDPE中添加少量相对高分子量的HDPE（HMWPE）进行诱导结晶的方法自增强管材的周轴两向强度。通过拉伸测试表明：HMWPE/HDPE=6:94的混合体系管材的周向和轴向力学性能分别提高了49.0%和6.9%。差示扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线广角衍射（WAXD）测试表明：管材周轴两向自增强的产生是由于在复合应力场下大分子发生取向和结晶度提高所致。 关键词：塑料管;剪切应力;高密度聚乙烯;诱导结晶;增强     

不同初始状态软黏土在主应力轴耦合旋转下的孔压及3维变形规律

土体在受波浪、地震及交通荷载等荷载作用时,其相应的应力状态较为复杂,因此,在实际工程中偏应力和主应力轴方位角同时变化的情况普遍存在.目前,关于这种应力条件下原状软黏土的物理力学特性的研究尚处于起步阶段.主应力轴耦合旋转是指在主应力轴方向旋转的同时,偏应力不断增大,平均主应力、中主应力系数均保持不变.为研究主应力轴耦合旋...     

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.     

Dynamics of vertical pipe in deep-ocean mining system

A 3-D geometrical nonlinear model for the entire lift system of 1000-m sea trial system of China Ocean Mineral Resources R＆D Association was established with finite element method. The model was utilized to analyze the dynamic characteristics of the vertical pipe under the influence of moving velocity, current direction and wave. The simulation results show that the axial stress is dominant on the vertical pipe, its maximum is located at the pipe top, all stresses are much less than the allowable value of the vertical pipe and joint; the heave motion leads to violent fluctuation of the force and stress, but a period of 8 s is not likely to resonate the present pipe; against the current, 0.50 m/s is the suggested moving velocity of the ship and miner, while along the current, the moving velocity can be slightly higher than 0.75 m/s.