正交各向异性空心圆柱体中的周向超声导波

周向导波适于大直径管道纵向缺陷的超声无损检测。基于三维弹性理论,采用一种正交多项式法研究正交各向异性无限长管道中的周向导波。为验证方法的正确性与适用性,首先计算了各向同性和横观各向同性管道中的周向导波并与已有数据相比较。其次,计算了单向复合材料中不同纤维增强强度下的频散曲线,论证了纤维增强强度变化对于频散曲线的影响。最后,求解了不同径厚比下正交各向异性管道的周向导波的频散曲线,论述了径厚比的变化对频散曲线的影响。     

黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的传播

基于线性三维弹性理论和Kelvin-Voigt模型,采用勒让德正交多项式展开法推导了黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的波动方程,数值求解了波动方程并阐述了相关方程的含义。首先计算了大径厚比下黏弹性管的相速度频散曲线和衰减曲线,并与已发表文献的结果进行了对比,验证了程序的正确性,并进一步计算了低阶纵向导波的位移分布和应力分布曲线,验证了方法的可靠性。然后利用方程的解耦特性,分别求解了不同径厚比、不同黏性常数下纵向模态和扭转模态的频散和衰减曲线,研究了径厚比和黏性常数效应对两种模态的影响。最后针对扭转模态导波,研究了材料相关黏弹性常数对其频散特性和衰减特性的影响。      

正交各向异性空心圆柱体的周向SH波

基于线性三维弹性理论,得到了正交各向异性管道中位移表示的周向波控制方程.波动方程中的轴向位移独立于其它两个方向.即波的传播可以分解为SH波和类Lamb波.通过贝塞尔函数求得了这个周向SH波频散方程.方程中决定周向SH波特性的弹性常数有两个,一个决定了波的频率,另一个决定了波速.最后分别讨论了两个弹性常数和波数变化对周向SH波位移模式的影响.     

粘弹正交各向异性空心圆柱体周向SH波

基于Kelvin-Voight模型,推导了粘弹正交各向异性空心圆柱体周向SH波控制方程,得出了SH波特性受两个弹性常数与粘性系数的影响。通过第一类和第二类Bessel函数,求出频散方程。计算了四种不同径厚比下的相速度频散曲线和衰减曲线,分析了径厚比的变化对频散和衰减曲线的影响。为了与正交各向异性相比较,计算了粘弹各向同性空心圆柱体中周向SH波,并讨论了两个弹性常数和粘性系数对频散曲线和衰减曲线的影响。     

具有初应力的多层空心圆柱体中的导波

基于“增量变形力学”理论,研究了轴向初应力和径向初应力对多层空心圆柱体中导波传播特性的影响,应用Legendre多项式方法求解了耦合波动方程,并通过数值算例讨论了该方法的收敛性,分析了初应力对纵向波和扭转波的影响,数值分析结果表明初应力对两者的影响是非常不同的。此外,轴向初应力对频散曲线的影响与径向初应力的影响也非常不同。     

压电空心圆柱体中的周向SH波

基于三维线性压电弹性理论,采用一种正交多项式级数方法研究了轴向极化、电开路时正交各向异性压电空心圆柱中的周向SH波。把位移和电势展开成勒让德多项式级数,引入点确定的材料常数以解决边界条件,最后把问题的解简化为一个特征值问题。计算了不同径厚比下FZT-4管道周向SH的波频散曲线和电势分布。讨论了压电的影响。     

一种多层圆管纵向导波频散特性分析方法研究

针对导波频散特性对圆管纵向导波探伤效果影响的问题,提出一种基于频散特性的外推分析方法,通过优化选取导波检测模式和频率来减少频散特性对圆管纵向导波探伤结果的不良影响。首先应用全局矩阵法推导出多层圆管纵向导波的Pochhammer-Chree频散特性方程,并提出一种能够反映纵向导波传播强弱的截面功率流模型。然后结合外推预测和双尺度迭代逼近过程,给出了导波频散特性以及截面功率流的数值计算方法,并利用计算结果进行分析,提出一种导波检测模式和频率的选择方法。实验表明其结果与理论分析基本一致。上述方法可为圆管损伤检测中导波参数的合理选择提供参考。     

管结构导波频散曲线绘制与试验验证

从理论上分析了管道结构中三种模态簇导波的传播特性。根据推导出导波的频散方程,通过数值方法绘制出了导波的频散曲线。利用试验验证了所建立的频散曲线的有效性。在两种不同截面尺寸的管道中进行激励70kHz-200kHz范围内的纵向模态试验,结果表明L(0,2)在管结构中传播速度与理论值较吻合,对利用超声导波对管道进行无损检测具有一定实际指导意义。     

厚梁结构中的导波传播与激励频率选择研究

通过导波在厚梁结构中传播时所表现出的特性,分析导波在厚梁结构中传播的机理。基于Rayleigh-Lamb方程,开发出用于绘制计算Lamb波在各向同性板结构中传播的频散曲线的专业软件。综合考虑在厚梁结构中影响导波激励中心频率选择的各种因素,如：选取适当的导波模式、降低频散效应的影响、增加导波信号的幅值、提高信号时域分辨率和抑制局部对称效应等。基于以上分析优化了激励信号的参数,并提出基于导波的结构健康性监测技术中激励频率选择的标准化流程。     

正交各向异性层合板壳耦合结构的能量传递特性EI北大核心CSCD

基于薄壳和层合板理论推导了正交各向异性层合板壳平衡微分方程,应用波动刚度矩阵方法求解正交各向异性层合板壳耦合子系统间的能量传递系数,结合模态密度给出耦合处的耦合损耗因子(coupling loss factor, CLF)。通过与已有研究对比环向开敞层合柱壳的频散曲线,验证理论推导的正确性;对层合板和柱壳的模态密度进行对比分析,在环频率以后,随着频率的增大两者趋于一致;分别入射弯曲波、剪切波和纵波,计算表明耦合结构的能量传递系数满足保守耦合系统的能量守恒,满足互易性,且能量总透射系数对铺设方式的敏感度较低;讨论了耦合角度和激励频率对CLF的影响,发现CLF的总和不受耦合角度影响,且随频率增大而逐渐衰减。     

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。     

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。     

正交各向异性弹性层/压磁半空间结构中Love波的传播

分析了正交各向异性弹性层/压磁半空间结构中Love波的传播特性,得到了Love波传播时的解析解,基于推导的频散方程,数值分析了正交各向异性层的切割角度对Love波频散关系的影响,结果显示相速度对切割角度有很大的依赖性。     

高阶纵向超声导波在钢绞线缺陷检测中的应用研究

为了实现对钢绞线的主动健康监测,采用安装在结构外表面上的磁致伸缩传感器激励和接收高阶纵向超声导波,优化各种参数以用于缺陷的识别和评估.实验选取经Hanning窗调制的正弦脉冲信号在7芯钢绞线中激励中心频率0.86MHz的高阶纵向超声导波L(0,2)模态,用于在两根钢绞线外围钢丝和中心钢丝中人工缺陷的检测.实验分析了L(...     

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。