基于L(0,2)模态导波的缺陷反射信号的实验研究

通过管道超声导波缺陷反射理论和检测理论,分析了超声导波与缺陷作用后的传播特性。为了对管道中缺陷信号进行辨识,利用周向压电晶片阵列在带有不同缺陷的管道中激励不同频率的L(0,2)模态导波对管道进行缺陷检测实验,研究了导波激励频率、模态转换后各模态幅值与缺陷尺寸的关系。结果表明,在缺陷截面比与信号激励频率相同的情况下,裂纹缺陷的反射系数比腐蚀缺陷的反射系数大;L(0,2)模态导波与裂纹缺陷相互作用后会产生F(2,3)模态;与缺陷同一周向位置的压电片接收的反射回波幅值最大。     

基于时间反转法的管道焊缝区缺陷检测研究

焊缝在整个管网系统中是比较薄弱的部分,在温度、压力、介质腐蚀和振动的影响下容易出现裂纹缺陷,对管道的安全运行产生危害,并且有的裂纹很小,通过超声导波不容易直接识别出来。对超声导波检测管道进行了研究,在分析了超声导波对焊缝小缺陷的检测后,提出了一种运用时间反转法基于L(0,2)模态超声导波进行数值模拟的方法,选择4%作为最小焊缝裂纹缺陷,对直管道单焊缝和直管道双焊缝进行数值模拟,并通过实验验证。数值模拟和实验结果表明该方法可以实现管道中焊缝缺陷的识别和定位。     

基于超声导波技术对弯管中缺陷检测的实验研究

利用超声导波技术在弯管中进行了缺陷检测的实验研究.利用周向均布的长度伸缩型压电陶瓷片激励特定频率的纵向模态L(0,2),对90°弯管中的人工周向缺陷和结构缺陷等进行了检测,分析了周向缺陷尺寸的变化对缺陷回波和端面回波幅值大小的影响.对弯管中同时存在多个缺陷的情况进行了研究.实验结果表明,超声导波检测技术可以用于弯管中不同部位和不同类型的缺陷检测,这为利用超声导波对更加复杂的管道系统中缺陷检测作了有益探索.     

聚脲防腐管道中超声导波的缺陷检测研究

聚脲涂料作为近些年发展起来的新型防腐材料,现已广泛应用于管道内外壁的防腐保护。为了克服传统超声波检测效率低的短板,提出了超声导波检测技术对聚脲防腐管道中裂纹损伤的检测应用设想,利用数值仿真的方式对此展开研究。通过分析聚脲防腐管道的解析模型,借助有限元分析软件Abaqus,建立黏弹性-弹性复合材料的三维圆柱模型,并模拟不同激励频率下L(0,2)模态导波在其中的传播状态。结合频散和衰减特性两方面的研究,获取优化的激励频率,并对聚脲防腐管道进行不同类型缺陷检测的仿真分析和实验验证。研究结果表明,数值仿真结果与实验验证基本吻合,说明了超声导波对聚脲防腐管道的缺陷检测方法有效,同时也可实现对缺陷定位分析。     

管道腐蚀缺陷超声导波检测数值模拟研究

简述管道导波检测理论基础.运用有限元分析法,对目前现场检测中应用的L(0,2)及T(0,1)模态导波在管中传播过程进行数值模拟研究.在模型的特定部位删除部分单元模拟腐蚀缺陷,分别对管一端加载轴向和切向瞬时位移载荷模拟L(0,2)模态和T(0,1)模态入射波,计算得到管道的瞬时动力学响应,对回波信号作频谱分析.计算结果表明,缺陷位置可以根据缺陷处回波信号到达时间和波速确定.给出缺陷回波反射系数与缺陷横截面积各影响因素之间的关系曲线,可以近似判定缺陷的几何尺寸.并提出以回波信号对缺陷横截面尺寸大小的综合灵敏度来检测、评价管道腐蚀缺陷的思路.     

超声导波在缺陷弯管上的数值模拟研究

采用数值模拟的方法对弯管结构进行了分析.通过对4种不同弯曲半径弯管的特性进行分析,最终选定70 kHz作为导波的激励频率;通过对不同周期信号在弯管中的特征进行分析,选定激励信号的周期为5.通过对不同弯曲角度弯管进行分析,L(0,2)模态导波经过弯管时会发生模态转换,转换为F(1,2)模态;在弯管内侧与外侧进行检测发现存在显著区别,弯头内侧会发生信号衰弱,较小的损伤不易检测,外侧会发生能量聚集,损伤特征更加明显;透射系数受弯曲角度影响较大,在90.时透射系数较小,能量损失严重.     

管道变形损伤超声导波检测试验研究

变形是管道的主要失效模式之一,变形检测是保障管道安全运营的重要措施。现有技术,如通径检测、超声检测等用于管道变形检测能够取得较好的效果,但也均有其局限性。为此,通过开展试验研究,探讨利用超声导波技术进行管道变形检测的可行性。导波模态选择轴对称的纵向模态导波L(0,2)。通过在空心铝管中模拟凹陷变形,得到铝管不同凹陷程度时的反射回波。在此基础上,进一步分析变形回波特征与变形区域的联系。结果表明,L(0,2)模态导波对管道凹陷变形敏感,试验系统能够清晰辨识由于管道变形而反射的回波信号;变形回波幅度有效反映了管道的变形程度,且其时间历程能够有效定位管道变形区域所在的轴向位置。超声导波为管道变形检测提供了一种具有潜在吸引力的新型检测技术。     

包覆层性能对输气管道纵向模态导波传播特性的影响

对带黏弹性包覆层管道中纵向模态的传播特性进行了理论分析,对纵向模态尤其是L（0,2)模态的频散和衰减特性进行了研究。建立了沥青包覆层管道的三维有限元模型,研究了激励频率、包覆层密度以及包覆层纵波衰减系数对导波传播的影响,并在带沥青包覆层钢管中进行激励和接收 L（0,2)模态的实验。结果表明,在低频范围下,随着激励频率和包覆层密度的增大,L（0,2)模态受沥青包覆层的影响也增加,其能量衰减也逐渐增大;对于带沥青包覆层的管道,其衰减频散曲线可用作模态选取的理论指导,采用低频纵向模态超声导波对带低密度包覆层管道检测时效果较好。     

带粘弹性包覆层充液管道中的超声导波缺陷检测研究

理论分析得到了带粘弹性包覆层充液管道中纵向模态的频散曲线。为了验证理论分析结果,利用纵向模态对7.12 m长的带环氧树脂包覆层充水钢管中的人工周向缺陷进行了检测。结果表明,频散和衰减小的未受干扰的L(0,2)模态分支部分适合带粘弹性包覆层充液管道中的缺陷检测。但是,在频段0~0.5 MHz,随着频率的增加,这些分支部分衰减值逐渐增加,缺陷检测能力也逐渐下降。并且频散和衰减较大,能量主要在水和(或)粘弹性包覆层中传播,不属于未受干扰的L(0,2)模态分支部分的纵向模态不适合检测带粘弹性包覆层充液管道中的缺陷。因此,在对带粘弹性包覆层充液管道进行缺陷检测时,根据频散、衰减和波结构等传播特性选取合适的纵向模态十分重要。     

超声导波在扭转模态下的管道缺陷检测

为了研究扭转模态在不同形状管道中的传播特性和缺陷的检测能力。建立带有缺陷的管道有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对T(0,1)模态导波在直管、弯管中的传播过程进行数值模拟研究。导波信号采用汉宁窗调制的正弦信号,激励T(0,1)模态信号。结果表明,最低阶的扭转模态适合于管道的缺陷检测。且50kHz的T(0,1)模态导波对直管、弯管上的缺陷敏感,在缺陷对应的位置上,导波的回波幅值最大,能量也较集中。     

基于Ansys的超声导波污垢管道振动特性研究

由于污垢在换热设备内积聚对设备的安全、经济运行产生了极大的影响,对换热设备产生的污垢快速、准确的检测尤为重要。利用Ansys有限元仿真软件分别建立空管道及污垢管道模型,研究超声导波在管道中传播的振动特性及波源对污垢检测的影响。研究得到了管道污垢超声检测的最佳激发频率及周期。与污垢管道实验研究相比较,结果表明:中心频率为1 MHz,周期为10的激励信号激发的L(0,3)模态导波适于外直径25 mm,壁厚3 mm的304钢管污垢检测。检测结果与数值模拟结果基本吻合,仿真所得到的导波模态及最佳激发频率可直接应用于实际检测中,研究结果为实现管道污垢厚度检测奠定基础。     

基于超声导波的方钻杆检测方法研究

针对传统超声在检测长达十余米的方钻杆时效率极端低下的问题，提出基于超声导波的方钻杆检测方法。首先，利用半解析有限元方法，求解方钻杆结构的频散方程并绘制频散曲线，选择群速度值最大、曲线比较平坦、频率范围为70 kHz～130 kHz的L(0,2)作为方钻杆的检测模态；其次，优化选取中心频率为100 kHz的L(0,2)模态作为激励信号，以尺寸为25 mm×5 mm×0.5 mm的环形压电晶片阵列作为传感器，提高L(0,2)模态在100 kHz的信噪比；最后，基于仿真和实验方法，采用L(0,2)模态导波对方钻杆进行了检测。结果表明，L(0,2)超声导波能够有效检测整根方钻杆面上和棱上的圆孔及槽型缺陷，提高了检测效率，为方钻杆的检测提供了一种新的思路和方法。     

基于非轴对称激励的管道裂纹时反导波检测研究

为解决目前管道导波时间反转检测方法需采用较多通道同步激励、接收的问题,在分析管中弯曲纵向模态簇导波激发特性的基础上,提出一种基于单一斜探头局部加载激励L(M,2)簇的时反检测方法。通过超声斜探头阵列和自行研制的时反激励/接收板卡验证该方法的可行性,并试验研究初始激励信号的类型、频率及时反窗宽等因素对管道裂纹时反检测效果的影响。结果表明,在不同检测频率,采用窄带和宽带信号进行初始激励,时反后相对时反前缺陷回波幅值均有较大提高,且回波信噪比也有较大改善,能明显区分出缺陷波包。     

螺旋波纹管导波检测技术的数值仿真和试验研究

为对螺旋波纹管进行缺陷检测,研究纵向模态超声导波在螺旋波纹管中的传播特性。在Abaqus仿真软件平台中构建螺旋波纹管的计算模型,得到含有环向裂纹缺陷时的仿真结果。在此基础上,采用自主研制的电磁声换能器进行试验研究。试验所用的激励信号为经Hanning窗调制的20个振荡周期的正弦脉冲,中心频率为240 kHz,采用单一传感器在螺旋波纹管中激励和接收L(0, 2)模态导波,实现对螺旋波纹管中人工裂纹缺陷的识别,分析并计算缺陷位置测量不确定度。有限元仿真和试验结果表明,超声导波技术可以实现对螺旋波纹管裂纹缺陷的检测。     

带粘弹性包覆层管道中的纵向模态

对带粘弹性包覆层管道中纵向模态的传播特性进行了理论分析,对纵向模态尤其是L(0,2)模态的频散和衰减特性进行研究.在带环氧树脂包覆层钢管中进行激励和接收L(0,2)模态的试验研究.在低频范围下,L(0,2)模态随着频率增加,受环氧树脂层的影响也相应增加,衰减也相应增大.结果表明,对于带有粘弹性包覆层的管道,其衰减频散曲线可用作模态选取的理论指导,用于对管道的缺陷检测.     

扭转模态在充水管道缺陷检测的实验研究

研究了充水管道中扭转模态的传播特性.通过理论分析可知最低阶扭转模态T(0,1)适合用于充水管道中的缺陷检测.在实验中利用研制的传感器在充水管道中激励出T(0,1)模态,并利用频率50kHz的该模态对4m长充水管道中两种不同类型的缺陷进行了检测.结果表明,利用T(0,1)模态的超声导波可以用于充水管道的缺陷检测.     

基于磁致伸缩效应导波的数值模拟和实验研究

利用数值模拟和实验研究两种手段，从频散的角度分析了基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术在圆管检测中的应用。参照数值计算结果，实验中采用不同频率激励纵向模态导波。通过实验对比发现，频率为f=20kHz左右时导波频散最小，且L（0，1）模态的导波适合用于管道检测。实验检测到的钢管不同孔径缺陷信号与数值模拟结果相吻合。     

基于压电晶片阵列的管中导波时反检测方法研究

为提高超声导波技术对管中小缺陷的检测能力,提出一种采用窄带高压脉冲激发安装在管道外表面的压电晶片阵列实现管中导波时间反转检测的新方法。该方法采用窄带脉冲同时激励沿管道表面轴对称安装的压电晶片阵列,从各压电晶片接收到的反射回波中提取含L(n, 2)模态的缺陷信息进行时间反转,并用获得的时反波再次激励阵列中对应压电晶片,整个阵列将同时接收到较单一L(n, 2)模态信号。试验结果表明,该方法能较好地抑制导波的频散、多模态特性,提高缺陷回波信噪比,增加对小缺陷的检测能力。同时,时反前、后所检测到的管道端面和缺陷反射回波的导波模态几乎相同,可采用特定频率的L(0, 2)模态群速度作为时反后缺陷波包的传播速度;且时反后的幅值最大的缺陷波包能重构窄带初始激励信号幅值最大的波包,可有效增加缺陷波包的辨识能力。     

基于电磁超声换能器阵列的管道螺旋导波传播规律研究

螺旋导波因在管道超声导波层析成像中的巨大应用价值,近年来受到研究者们的重视。阐述管道螺旋导波的激发/接收条件、传播路径和波前形状等规律。建立FE模型,研究由圆环波前S₀模态兰姆波在管道上形成螺旋导波的过程。组建了双环24阵元的电磁超声换能器阵列及试验系统,170 kHz下激发圆环波前S₀模态兰姆波在管道中产生螺旋导波,试验研究了激励源所在圆周及管段上的波动场信号特征。仿真和试验结果表明,管道螺旋导波实质上是兰姆波在曲面上的传播形态,可由管道某处点源激发兰姆波产生,主要存在于波动场的近场。由于管道结构的封闭性,兰姆波的波前在管道上反复交叉前行,形成了螺旋传播路径。从波源到管道上任意一点的螺旋导波传播路径有无数条,各阶螺旋角不连续。利用螺旋导波进行管段检测提供了缺陷的多角度入射信息,对缺陷高分辨率检测具有重要意义。     

换流阀冷却系统均压电极结垢超声导波检测方法研究

换流阀冷却系统中均压电极结垢检测是直流输电系统安全运行的必要保障。当前人工筛查的检测方法,有较大的盲目性且易造成系统漏水等故障。因此提出基于超声导波回波特性的在线结垢检测方法。选取频散小、传输距离长的L(0,2)模态导波作为激励信号,将电极结垢视为多孔介质并计算其特征参数,构建了流-固-声多物理场作用下的均压电极结垢检测模型,确定了最佳超声激励频率并仿真研究了0.2～1.0 mm厚度水垢对声波信号的反射与吸收特征,分析了L(0,2)模态导波与水垢交互过程中的模态转换过程,进而搭建实验系统,开展了水垢厚度为0.1～0.8 mm的实验验证工作。实验结果表明,基于L(0,2)超声导波回波特性的在线结垢检测精度达0.1 mm,为换流阀均压电极结垢检测提供了一种有效的方法。