管中导波的频散计算和缺陷检测

航空结构中不易拆卸的小口径管路和石油输油管道都需要一种高效快捷的损伤检测手段,研究了基于压电传感器的导波技术对中小口径管结构损伤的检测方法。借助Matlab软件求解频散方程,绘制频散曲线,根据频散曲线分析最佳激励频率及最佳导波模态,进一步得到检测信号的激励方法。结合数据处理及损伤定位方法,给出一套管路损伤的导波检测方法。试验结果表明:使用L(0,2)模态导波有效检测出φ25 mm不锈钢管上φ2 mm通孔,检测距离达70 m,使用T(0,1)模态导波有效检测出石油管道上的腐蚀缺陷。     

一种基于导波技术检测锚杆长度及缺陷的新方法

分析了自由钢杆与置于土壤中钢杆的频散曲线,并利用所建立的试验系统,采用导波技术,对上述两种锚杆的长度进行了检测。结果表明,频散曲线可以作为导波检测的理论指导,利用频散曲线选择合适的频率范围,通过激励纵向轴对称L(0,1)模态的导波可有效地检测锚杆长度;与置于空气中锚杆相比,置于土壤中锚杆的端面回波的信号幅度有所衰减,并且利用L(0,1)模态实现了对埋于土壤中锚杆缺陷的检测。     

基于检测信号的导波频散曲线获取方法

频散曲线是导波检测的重要依据,现有方法通过数值计算获得特定波导的频散曲线,然而目前有非常多的波导构件,由于结构的复杂性无法计算其频散曲线。研究了通过导波检测信号实现频散曲线获取的方法。基于检测信号的时频分析结果,利用信号的能量最大值实现频散曲线的手动和自动获取。利用上述方法对钢棒、钢管等规则构件的检测信号实现特定模态频散曲线的获取,结果与数值求解的理论频散曲线符合得很好,验证了该方法的正确性。利用该方法得到了预应力钢绞线这一非规则结构波导的特定模态频散曲线。     

飞机关键部件结冰的超声导波探测

提出了一种利用超声导波优选模态探测结冰的方法,以冰-铝板双层结构为研究对象,建立半解析有限元(SAFE)模型,得到其导波频散曲线与波结构;从频散曲线中选取若干个模态频率点进行有限元仿真,分析不同模态超声导波对结冰的敏感性,并通过冰-铝板结构结冰探测试验进行验证。结果表明,敏感模态的超声导波能够探测出冰的存在,可探测最小直径为20 mm的结冰区。     

超声导波在钢管中的传播特性

根据有限元理论,通过建立钢管的3D模型,模拟超声纵向导波L（0,2）在钢管中的传播模态。在弹性动力学的基础上,分析得出了超声导波在钢管中传播时存在着多模态和频散特性。根据钢管的频散曲线选取了激励L（0,2）模态的高频信号的频率,利用有限元软件ANSYS／LS--DYNA进行仿真。根据仿真结果中回波信号时间计算得出的波速结果与频散曲线的值相符;通过查看两个节点的位移时间历程曲线图,验证了导波在传播过程中存在的衰减和多模态现象。     

管道低频弯曲模态导波频散曲线的测定

将低频下管道的弯曲振动类比成梁的弯曲振动,采用经典梁理论计算其理论导波频散曲线;通过设置三对等间距布置的加速度传感器,测得振动信号,提取弯曲模态导波频散曲线,结果证明了该方法的有效性,且加速度传感器间的间距越大,效果更好。试验所得的频散曲线与理论频散曲线在低频段拟合较好,高频段有较大偏差,这表明经典梁理论在频率较高时误差较大。     

核电厂消防管道电磁周向导波技术研究

针对核电厂中大量以法兰连接的薄壁消防管道内壁球形腐蚀坑快速、可靠的检测需求,根据频散曲线及常见缺陷尺寸选择S1周向导波,对φ219mm×6.5mm管道上加工的不同直径、不同深度的球形孔进行透射信号及反射信号的研究.结果表明S1导波对不同尺寸的球形孔具有较为广泛的缺陷响应,2次扫查即可完成对管道的100％检测,灵敏度最高...     

空心抽油杆的超声导波检测

利用超声纵向导波对抽油杆缺陷进行检测。将空心抽油杆简化为一管状波导,利用管道中的导波频散曲线,并结合抽油杆的缺陷检测要求,设计出适合抽油杆缺陷检测的传感器,选择合适的导波模态对抽油杆表面上宽1 mm、深1 mm的周向槽进行检测,试验结果表明将抽油杆简化为管状波导是可行的,利用设计的环状传感器激发出纵向轴对称L(0,2)导波模态,有效检出了抽油杆表面的缺陷。     

管道导波检测中激发频率的选择及灵敏度分析

采用超声纵向导波对热交换管进行检测。首先利用导波的频散曲线，选定了检测的最佳导波模式L(0，2)，然后用位移分布、应力分布及总能量密度分布等选取了用该模式检测特定管道的频厚积，最后通过试验分析了管道导波检测的灵敏度。试验结果表明，L(0，2)模式的波长比缺陷尺寸大10倍时，也能非常清楚地检测到缺陷。     

弯折小径管中槽型缺陷的L(0,1)模态导波检测

利用L(0,1)模态超声导波对直径为10 mm,壁厚为2 mm的不锈钢小径弯折管中的槽型缺陷进行检测。首先,建立有限元仿真模型,分析L(0,1)模态在具有不同弯折角度弯头处的模态转换和反射特性,观察到不同模态的反射回波信号能量与弯折角度间存在非单调关系;其次,利用磁致伸缩传感器在小径管中激励中心频率为90 kHz的L(0,1)模态的超声导波,对槽型缺陷进行检测,分析了弯折角度对导波缺陷检测能力的影响。结果表明:弯头处导波模态转换成F(1,1)模态后会影响导波对弯头后端槽型缺陷的检出能力,将提出的特征波形能量比值β作为表征参数,可以实现缺陷的检出,弯折角度为90°时检测效果最佳。     

管道中激励和接收扭转模态导波专用探头的研制与应用

超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。扭转模态是管道中超声导波的模态之一,可以检测各类缺陷。采用厚度切变型压电陶瓷作为敏感元件的探头,其外形尺寸为20 mm×10 mm×20 mm,在4 m长的钢管中进行了扭转模态的激励与接收试验。结果表明,该探头能够有效地激励和接收扭转模态,抑制了其它模态导波的干扰。     

基于磁致伸缩效应的钢管导波检测可行性

在论述钢管磁致伸缩导波检测原理的基础上，研制了相关实验装置。分析了轴对称布置的线圈和偏置磁场在低频激励时产生的波模式。使用L（0，2）模式对两种人工缺陷进行检测，得到直径〉3．5mm的通孔和深度〉1．5mm的横向刻槽的缺陷反射信号。结果表明磁致伸缩导波用于钢管无损检测是可行的。     

TLB型复杂焊接结构超声SH导波成像检测

通过光弹试验分析超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波具有优异传播性能,构建了超声导波成像检测系统,基于合成孔径聚焦对超声SH导波用于TLB型式复杂焊接结构成像检测进行了重点研究.结果表明,基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像用于TLB型式复杂焊接结构构件检测是可行的,检测图像能够表征板材中区域特征,对焊缝有较好的定位功能,但在焊缝之后会形成长约100 mm的固有散射盲区.文中为进一步提高TLB型式复杂焊接结构超声导波成像检测应用水平提供了基础.     

超声导波技术检测储罐底板缺陷

在石油、天然气和化工行业中,许多储存腐蚀性液体的大型容器和储罐经过长时间的使用,其底板容易被腐蚀变薄或穿孔。利用超声导波对薄板腐蚀缺陷的快速大面积扫描的特点,使用了多功能超声检测仪的导波对8mm厚度板中人工标准缺陷进行了线性和旋转角度扫查方式检测。采用声信号定位装置进行探头及缺陷定位,给出了缺陷图像。试验结果反映了在一定频厚积条件下激励导波的传播特性和对不同缺陷的检测能力,对现场检测具有实际指导意义。     

Circumferential guided wave EMAT system for pipeline screening using shear horizontal ultrasound

The use of guided waves is now widespread in industrial NDT for locating metal loss in pipelines, that manifests as pitting, corrosion and general wall thinning. In this paper, a screening technique is assessed in terms of defect detection and defect sizing capability. Shear Horizontal (SH) guided waves propagate circumferentially around the pipe whilst the scanner is moved axially along the length. This type of tool is preferable to other methods, being applied to the exterior of the pipe, without requiring full circumferential access, and is able to operate through thin coatings (up to 1 mm thick). It is designed to provide a pipe screening tool for petrochemical pipelines both topside and subsea, particularly for detecting defects at pipe support areas. The system's efficacy in terms of detection and sizing of defects is considered via experimental measurements on artificially induced defects and in service corrosion patches, with results compared to finite element modelling of the interaction of the guided waves with artificial defects. Finite element modelling has been used to better understand the behaviour of different wave modes when they interact with defects, focusing on the mode conversions and reflections that occur.     

树脂锚杆锚固质量超声导波检测技术

研究了锚杆锚固质量超声导波检测技术。根据理论得到的频散曲线,选取适合树脂锚杆锚固质量检测的高阶纵向模态和激励频率。试验中,直径22 mm,长2 800 mm的锚杆埋置于长度不断增加的环氧树脂层中,采用脉冲回波法在锚杆结构中接收不同锚固长度时高阶纵向模态的第一次端面回波。试验结果表明,随着树脂握裹长度的增加,高阶纵向模态的第一次端面回波峰峰值呈近似线性下降趋势。     

声波散射在焊接板结构超声导波合成孔径阵列成像中的作用

为揭示声波散射在焊接板结构超声导波合成孔径阵列成像中的作用机制,将散射回波矩阵和散射渡越时间矩阵用于分析描述超声水平剪切（shear horizontal,SH）导波声波散射,探讨了焊缝散射和边界散射在导波成像中的作用关系.结果表明,散射矩阵是揭示声波散射在超声导波阵列成像作用机制的有效工具,散射回波矩阵与散射渡越时间矩阵具有相同的散射矩阵因子,导波图像出现与散射矩阵因子成倍数关系的“条带”伪像,图像椭圆簇轨迹特征复杂化,图像背景噪声增强,图像信噪比减小.研究工作可为深入开展焊接板结构超声导波非直线阵列成像算法研究提供基础.     

电磁超声技术在焊缝检测中的应用

电磁超声技术利用洛伦兹力或磁致伸缩原理在金属或磁性材料中激发出超声波,它是一种超声无损检测新技术。相对于其他无损检测技术而言,电磁超声具有所有的超声检测的优势。声波的激发发生在材料的表面而不是在传感器内部。所以它与传统的基于压电换能器的超声检测相比,具有无需耦合剂、可非接触、可适用于超低温或超高温环境、有利于工业自动化以及可方便有效地实现横波检测及导波检测等优势。Innerspec Technologies公司致力于电磁超声技术的研发和应用,在近十几年中开发了150多台工业在线电磁超声检测系统,广泛应用于钢铁、汽车制造、石油天然气管道和压力容器等领域。作为一种超声波技术,电磁超声可以应用于各种厚度测量、缺陷检测以及材料表征。举例讨论了电磁超声在焊缝检测中的应用。第一个应用是利用导波对激光拼焊板的检测。第二个应用是电阻焊钢管的在线检测。利用沿着周向传播的超声导波对焊缝进行检测,克服了由于焊缝位置偏转对传统超声焊缝检测设备带来的困难。第三个应用是水平横波以及多通道电磁超声相控阵技术实现奥氏体不锈钢焊缝的检测。     

Study of wave propagation in a multiwire cable to determine structural damage

Multiwire cables are widely used in engineering structures, even though there is a growing concern about the presence of environmental degradation, random overloads, and corrosion affecting their structural integrity. In this work, propagation of guided waves in a multiwire aluminium conductor steel reinforced cable (ACSR) for structural damage detection is studied using time–frequency analysis based on short time Fourier transform (STFT). Identification of propagation vibrational modes and measurements of mode energy amplitude are used to correlate the spectral energy change to the extension of an artificial damage introduced to the cable sample by a notch transversal to the pulse propagation. The results showed that mechanical contact among the wires generates mode conversion of longitudinal to flexural modes.