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。     

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。     

SH导波在钢板缺陷检测中的传播特性

水平剪切(Shear Horizontal,SH)导波在传播的过程中有对称模式和反对称模式,其相速度和群速度主要取决于试件的厚度和频率之积(频厚积)。利用COMSOL有限元分析软件,建立了钢板缺陷的3-D模型,仿真分析了SH0导波在钢板中的传播特性。仿真结果表明SH波在传播过程中很少发生波束方向的改变,无频散和模式转换,信噪比高。利用电磁超声方法激励SH波,对钢板中的裂纹和焊缝缺陷进行了实验,验证了仿真结果的正确性及可行性,为超声导波在板材缺陷检测中的应用提供基础。     

有机热载体炉积碳层导波检测模态识别研究

针对有机热载体炉火灾的关键因素积碳层,提出利用超声导波对其厚度进行定量检测的方法。阐述了超声导波检测原理和检测系统。然而,由于管道超声导波具有多模态和频散特性,利用时频分析对炉管积碳检测的超声导波模态进行识别。接收信号的时频分析结果与L(0,2)模态的理论频散曲线较为拟合。并且通过时差法确定接收信号的实验群速度与理论群速度相对误差仅为1.88%~3.48%。从而确定接收信号主要为L(0,2)模态。该研究结果为基于超声导波的有机热载体炉积碳检测技术奠定了基础。（蓝色部分为修改意见1的修改）     

锚固条件下矿用锚索中纵向导波传播特性的实验研究

实验研究了矿用锚索的锚固段长度对纵向超声导波L(0,1)模态的衰减与群速度的影响。首先,通过简化为细直杆的钢丝中纵向超声导波的频散曲线分析了无锚固矿用锚索中该模态的传播特性。然后采用厚度振动型压电陶瓷片在水泥锚固条件下的矿用锚索中进行穿透法的实验,得出频段20-500 kHz内L(0,1)模态的幅值,确定了该压电陶瓷片对水泥锚固条件下的锚固矿用锚索的最佳导波检测频率为280 kHz。在此基础上,研究了280 kHz附近频率点下L(0,1)模态的幅值与群速度随水泥锚固段长度增加的变化规律。最后,对矿用树脂锚固条件下的矿用锚索进行了穿透法的实验,该实验结果与水泥锚固条件下的锚固矿用锚索的实验结果相符合。这些实验为利用纵向超声导波测量锚固条件下矿用锚索的长度奠定了基础。     

全长粘结型树脂锚杆低频超声导波检测应用研究

全长粘结型树脂锚杆是煤矿巷道支护工程中一种主要支护形式,对其进行锚固质量检测具有重要意义。该文将树脂锚杆简化为埋于无限大介质中柱状三层杆结构,并通过数值求解计算出相关频散曲线。分析了低频纵向超声导波L(0,1)在全长粘结型树脂锚杆的传播特性。研究表明:20kHz―100kHz范围内L(0,1)模态衰减相对较小,可用于实际工程检测;对于70kHz以下的L(0,1)模态,其在树脂锚杆中的传播速度明显慢于自由锚杆,70kHz―100kHz范围内的L(0,1)模态,在树脂锚杆中的传播速度接近于自由锚杆中的群速度。最后,制作了模型构件,在实验室检测中验证了以上观点,说明L(0,1)模态可以应用于全长粘结型树脂锚杆锚固质量检测。     

纵波在含有线性粘滞粘接层的粘接结构中的传播

研究了纵波垂直入射上下基体为同种介质且含有线性粘滞粘接层的三层板状粘接结构时声波的反射和透射特性,基于粘接界面的准静态模型(QSM)并结合各向同性线性粘滞体的本构方程,导出了含有粘滞系数和体积弹性模量的纵波反射和透射系数表达式。首先将纵波的准静态模型解和精确解进行对比,研究了准静态模型的适用条件。其次在界面处于不同接触形式(完好连接和粘滞型弱粘接)的情况下,分别讨论了考虑和不考虑界面相对质量对声反射和透射特性的影响。接着分析了粘滞粘接层参数的变化对纵波反射和透射特性的影响。最后在不大于0.1 MHz-mm的较小频厚积范围内简要阐述了如何鉴别界面形式。结果表明,准静态模型适用于较小频厚积的检测;是否考虑界面的相对质量对纵波的反射和透射特性影响不大;在特定的频厚积下,利用纵波的反射或透射系数方法结合准静态模型可有效辨别界面形式。研究成果可为实验时采用纵波垂直入射检测粘接结构提供一定的理论参考。     

超声兰姆波检测有液体负载钢板中缺陷的实验研究

0前言超声兰姆波因其在固体板中传播时声场可遍及整个板厚范围、多模特性及传播距离较远等特点,使其广泛应用于固体板状材料的无损检测[1]。众所周知,不同的兰姆波模式在固体板中具有不同的声场分布规律。迄今为止,所开展的工作大多是在频厚积取较小值的条件下,选择用于板材检测的低阶兰姆波模式(S0或A0模式)[2-4];然而,已有的这些研究工作较少考虑板材在液体负载条件下超     

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。     

超声导波在管材中的传播特性

文中简要地介绍了近年来超声导波在管中的研究现状,并对导波在管中的传播特性以及管材内径与壁厚之比变化时,对导波频散特性的影响进行了分析。结果表明：管材的内径与壁厚比变化时将对管中导波的模式行为产生很大的影响。当内径与壁厚之比很大时,圆管中波的模式行为与同厚度板中波的模式行为基本相同,可看作板材中的导波进行近似的分析。     

Axial power flow distributions of ultrasonic guided waves in viscous liquid-filled pipes

The axial power flow (APF) magnitude and attenuation distributions of ultrasonic longitudinal guided waves in viscous liquid-filled elastic pipes are investigated. The optimal location, optimal mode and its frequency-thickness product (fd) for the test of pipes filled with viscous liquid are chosen according to APF and attenuation distributions. The results show that the APF magnitude distribution is an important parameter in choosing the modes and parameters. A particular mode has weak dispersion in ranges of fd values with large group velocity, while other modes with smaller group velocity in the same fd ranges have stronger dispersion. It has been observed that, within these ranges, the chosen mode has a larger APF on the pipe's wall. Therefore, in the region of fd values where a particular mode has a large group velocity, this mode will be effective to be used in testing elastic pipes filled with viscous liquid. The results obtained from both the APF analysis and attenuation distribution are consistent.     

拉索风雨激振的多模态耦合及面内-面外振动

在假设拉索表面与水线之间作用着库仑阻尼力和粘滞线性阻尼力的基础上,建立了能够反映拉索面内-面外振动的带运动水线的连续弹性拉索风雨激振理论模型。通过振型分解,获得了以拉索面内-面外各阶模态表示的拉索运动微分方程。利用该理论模型对洞庭湖大桥S19拉索进行了分析,结果表明：拉索风雨激振是多模态的耦合振动,振动过程中伴随着模态的转移;面内振动和面外振动同时发生,通常情况下面内振动占据优势;拉索截面运动的轨迹是一个斜置椭圆,或是几个斜置椭圆交织在一起;风速对拉索振动偏振角有较大影响;拉索最大振幅发生的位置随参振模态的变化而改变     

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。     

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...     

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。     

气流影响下的插入管消声器声学特性的实验研究

在管内气流流速10 m/s-100 m/s范围内,对长径比L/D=3.98的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响,并结合腔内气流涡模态,腔体声学模态和尾管声学模态对插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明,气流流速对消声器内外声学特性均有明显的影响。气流影响下的插入管消声器声学特性与消声器腔体的声学模态和尾管的声学模态关系密切,而消声器腔内气流再生噪声的涡模态对其声学特性影响不大。     

Three-dimensional analytical solution for transient guided wave propagation in liquid-filled pipe systems

The objective of this study is to investigate the three-dimensional (3-D) analytical solution for transient guided wave propagation in liquid-filled pipe systems using the eigenfunction expansion method (EEM). The eigenfunctions corresponding to finite liquid-filled pipe systems with a traction-free lateral boundary and rigid smooth end boundaries are obtained. Additionally, the orthogonality of the eigenfunctions is proved in detail. Subsequently, the exact 3-D analytical transient response of finite liquid-filled pipe systems to external body forces is constructed using the EEM, based on which, the approximate 3-D analytical transient response of the systems to external surface forces is derived. Furthermore, the analytical solution for transient guided wave propagation in finite liquid-filled pipe systems is extended explicitly and concisely to infinite liquid-filled pipe systems. Several numerical examples are given to illustrate the analysis of the spatial and frequency distributions of the radial and axial displacement amplitudes of various guided wave modes; the numerical examples also simulate the transient displacement of the pipe wall and the transient pressure of the internal liquid from the present solution. The present solution can provide some theoretical guidelines for the guided wave nondestructive evaluation of liquid-filled pipes and the guided wave technique for downhole data transfer.     

Hot fluid induced temperature-dependent vibration and instability of embedded FG-CNTRC Reddy pipes

In this paper, nonlinear vibration and instability of embedded nano-composite temperature-dependent polymeric pipes conveying hot viscous fluid are investigated. The pipe is reinforced by Single-Walled Carbon NanoTubes (SWCNTs) with Uniform Distribution (UD) and three types of Functionally Graded (FG) distribution patterns. The FG-carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) pipe is located in an orthotropic temperature-dependent visco-elastomeric medium. Reddy higher-order shear deformation theory is employed to establish the governing equations. The frequency and critical fluid velocity of the structure are calculated using Differential Quadrature Method (DQM). The effects of different parameters on the nonlinear vibration and instability of the pipe are investigated.