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.     

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．     

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.     

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。     

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．     

板中孔状缺陷的超声导波检测试验研究

为了实现对板类结构的主动健康监测,采用附着在结构上的压电陶瓷晶片激励和接收导波模态,选取合适模态用于板中缺陷的识别和评估.理论分析结果表明,在低频范围内,相对于A0模态,以面内位移为主、频散小的S0模态更适合于铝板的缺陷检测.利用直径11 mm,厚0.4 mm的压电陶瓷晶片在1 mm厚的铝板上激励和接收得到适合缺陷检测的频率300 kHz的S0模态.在此基础上,在铝板中加工一孔状缺陷,分析了S0模态的缺陷检测能力,并进一步研究了缺陷直径对接收到的导波信号幅度的影响.实验结果表明,利用一发一收法得到的Lamb波模态可以用于铝板中的缺陷检测,并且缺陷回波的幅度可实现对缺陷大小的表征.     

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.     

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.     

盲接收条件下单信道时频混叠信号的调制识别

针对现有调制识别算法对单信道时频混叠信号失效问题,从信号循环平稳域出发,通过分析不同调制信号自身具有以及做非线性变换处理衍生出的二阶循环平稳结构特征,结合循环平稳性检测,提出了一种新的适用于单信道时频混叠信号的调制识别算法。该算法无需完成任何参数估计以及同步等预处理过程。对一些典型常用调制信号(如BPSK、QPSK、16QAM、OQPSK等)的随机混合,能够同时有效辨识混叠信号中所包含的信号个数以及每个信号的调制类型,理论推导及仿真结果表明,该算法可在较低信噪比下实现对单信道时频混叠信号的调制识别,有效提高了盲接收条件下对QPSK/16QAM时频混叠信号的分类能力。     

多径衰落信道下OFDM信号盲识别

针对多径衰落信道下正交频分复用(OFDM)信号调制识别难题,提出一种基于循环自相关的OFDM信号调制识别算法.通过对多径衰落信道下具有循环前缀的OFDM信号循环自相关特性的数学推导,验证了在一定延时处,OFDM信号的循环自相关会出现峰值,而单载波信号无此峰值,据此特性可以实现多径衰落信道下OFDM信号和单载波信号的调制识别.该算法消除了如符号时间估计、载波估计、波形恢复、信噪比估计等预处理过程,计算复杂度低,识别率较高.理论分析及仿真结果均验证了该算法的正确性和有效性.     

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.     

THz光子晶体光纤的模式及色散特性分析

利用等效折射率法得到了光子晶体光纤的特征方程,该文讨论了光子晶体光纤在THz频段的模式分布及色散特性。结果发现:光纤包层空气孔间距固定,减小空气孔半径,包层等效折射率增大,高次模截止频率增大,色散最大值减小,零色散及最大色散对应的频率增大;包层空气填充率固定,增大空气孔半径,包层折射率增大,高次模截止频率增大,色散最大值增大,零色散及最大色散对应的频率减小。通过适当调节包层空气孔间距和空气孔大小,可在很宽的频带内实现单模、零色散THz波传输。     

钢绞线中纵向模态传播特性的实验研究

为了对钢绞线进行缺陷检测和应力测量,研究了超声导波纵向模态在钢绞线中的传播特性.首先对钢绞线不同钢丝中纵向模态的频散和多模态等特性进行了理论分析.然后在理论指导下,在长15 m且标称直径17.80 mm的7芯钢铰线、单根外围钢丝和中心钢丝中,分别进行了纵向模态的激励接收实验.确定在自由钢绞线中纵向模态主要在外围钢丝中传播.在频段0～400kHz部分频率下,最低阶纵向模态L(0,1)在钢绞线、外围钢丝和中心钢丝中得到的传播速度与理论值较为吻合.     

铁路车轮裂纹在线检测方法研究

早期发现车轮的初始疲劳裂纹是避免铁路车辆行车事故的最有效的方法。采用弹性力学的理论．分析了疲劳裂纹产生时弹性波的主要传播形式及声发射现象，分析了疲劳裂纹信号与噪声信号在波形、频率和幅度上的明显区别，提出了洲量点位的确定原则和用宽带声发射传感器接收疲劳裂纹信号采取的措施及硬软件去噪的方法。建立了应变能与疲劳裂纹信号之间的数学模型。通过高保真宽带传感器实时真实地获取被测材料结构中产生的宽带声发射信号，并分析研究源产生的超声波模式，找出对应模式波的内在持征，即可进行缺陷的参数识别和定位。为车轮早期疲劳裂纹的识别提供了一种新方法。     

基于希尔伯特-黄变换的低信噪比语音端点检测

应用希尔伯特-黄变换完成了一种低信噪比条件下的语言信号端点检测。该方法通过分析纯净语音信号与低信噪比下语音信号的固有模态函数及希尔伯特谱,找出固有模态函数中语音信号能量集中的分量,分析其希尔伯特谱,自适应地选取阈值进行语音段与非语音段的检测。通过对比实验表明了该方法在低信噪比下能有效地检测出语音信号。     

高速突发模式光接收机性能分析

针对无源光网络(PON)中上行突发信号的特点,从误码率、信噪比和信道利用率3个方面对直流耦合突发模式光接收机和交流耦合突发模式光接收机的性能作了对比分析.并给出了改善突发光接收机信噪比和信道利用率的实现方案,对高速突发接收方案的设计有较好的指导意义.     

人工压缩法计算突扩管道流

使用人工压缩法计算了突扩管道流.对计算所得不同雷诺数下的等压线图和流线图进行了对比分析,结果表明,在扩张截面的拐点处形成了低压区,扩张后在侧壁右侧形成了涡,且Re数越小涡越小,Re数越小涡心的位置离侧壁越近.同时在计算中也发现,Re数较大时在出口处将形成回流区,收敛速度也变慢.     

卫星多波束天线的Minimax方法赋形研究

采用了Ｍｉｎｉｍａｘ优化方法研究卫星多波束天线的赋形问题。提出了用归一化的功率偏差值作为目标函数,并用改进后的Ｍｉｎｉｍａｘ方法建立了问题的数学模型,采用线性逼近的方法对问题进行了求解,并通过偏馈抛物面多波束天线的实例,完成了对中国版 图赋形波束的优化设计及相关研究,验证了上述方法的有效性,并得出有关结论。     

基于横波直探头的管道缺陷周向导波检测技术

围绕厚壁管道的检测问题,基于横波直探头激励周向导波检测管道典型缺陷,通过改变横波直探头的布置方向激励出不同的周向导波模态,克服了柱面纵向导波对于轴向缺陷不敏感的问题,有效提升了检测效率.将横波直探头沿管道轴向方向进行移动,可实现管道周向的扫描检测,表明横波直探头用于检测管道缺陷时指向性良好,为管道轴向缺陷无损检测提供了方法.