超声波衍射时差法检测的有限元仿真

超声波检测是常用的无损检测方法,因超声波传播过程复杂,含有各种噪声信号,使缺陷衍射信号夹杂在大量噪声中难以被辨识出来,导致检测结果抽象.为了更好地应用超声波衍射时差法（TOFD）检测技术,对超声波衍射时差法的机理进行了有限元分析.首先,利用TOFD实验检测了带有人工缺陷的焊接钢板,提取了带有噪声的检测信号.其次,用ANSYS软件模拟仿真了超声波在工件中的传播过程,建立了焊接钢板和人工缺陷的有限元模型,分析确定了缺陷衍射信号.最后,对比了仿真结果与实验结果,发现仿真结果符合实际检测情况.结果表明超声波有限元仿真方法可以用于缺陷的定量与定位分析,为实际检测复杂的工况提供了可靠的评判依据.     

有界双层结构SH导波频散特性分析

为了检测附着防腐层层状结构中是否存在剥离、孔洞等缺陷,利用超声SH导波研究层状结构频散特性的影响因素,基于弹性及粘弹性波动理论并依据Navier运动位移方程推导了附着防腐层双层结构的频散方程,并分析了防腐层剥离缺陷状态对频散特性的影响.结果表明:通过研究SH导波频散特性的变化可反映附着防腐层的双层结构是否存在剥离缺陷;防腐层产生剥离缺陷时,导波SH_0模态发生频散且向防腐层横波速度渐近.防腐层剥离缺陷尺寸增大,回波信号幅值增加,截点振动速度变慢,导波能量衰减减小.     

基于柱状多层介质模型的锚杆锚固质量声波检测理论正演研究

针对当前锚杆质量检测理论存在的一些问题,提出以柱状多层固体介质模型为基础研究声波在锚杆-锚固介质-围岩体系中的传播规律,并在该模型条件下进行了数值计算.结果表明,基于柱状多层介质模型的理论用于锚杆锚固质量检测是可行的,实际工作中可以利用其特征参数对锚杆锚固质量进行评价.对于锚杆长度,可以通过反射波旅行时间给予确定;对于水泥胶结情况,可以利用地层波的幅度变化和导波模式波（高频）的特征确定.     

焊缝的超声波检测与有限元仿真

为了避免超声波在检测焊缝的过程中因噪声信号干扰而导致结果的错估,首先采用MUTLI软件中的超声波衍射时差法（TOFD）来检测人为的焊缝缺陷试块,得到准确的A扫图与TOFD图像;然后利用ANSYS软件模拟仿真超声波的检测过程,根据惠更斯原理建立超声波检测的有限元数值模型.将超声波的传播过程看做对试块的加载过程,从不同的节点上施加具有时间延迟的载荷,得到声压幅值图像.对比分析实验幅值图像与仿真幅值图像,两种图像的相似度很高,证实有限元仿真方法有助于超声波对焊缝的检测.从仿真的幅值图像中可以判定实验图像中的干扰信号,对检测结果的误差分析具有很大的帮助.     

供水管道球形检测器超声波定位技术

针对自主研发的球形检测器在供水管道中的定位需求,设计了一种圆弧形复合超声波振子,基于压电方程,对其振动特性进行理论和仿真分析,得出主要振型和最优工作频率。研究超声波发射电路与复合超声波振子之间阻抗匹配设计,实现最优的超声波能量转换驱动效率。基于小波变换包络检测方法的超声波信号检测技术,计算得出超声波信号传输的精确时间,实现了球形检测器定位系统。经测试,100 m管道长度静态测距定位精度误差约为2%,动态定位距离达到170 m,与惯导数据计算距离之间误差不超过6%,符合球形检测器在供水管道中的实时定位需求。     

测量微振动的光纤Sagnac干涉传感器

提出了一种光纤Sagnac干涉传感器,用于固体表面传播的超声波产生的微弱振动检测.当超声波信号在固体中传播并作用于光纤传感器的敏感环时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制;通过检测干涉仪的输出光强度并利用Fourier变换,获得了超声信号的频率特征.对传感系统的相位调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析,结果表明该系统可用于固体中传播的超声波的频率特征识别.     

狭窄环境地形图建立的融合算法研究

针对移动机器人使用超声波传感器在已知狭窄环境和未知狭窄环境中的导航问题,提出一种多层融合算法,该算法通过在数据层融合中使用D-S证据理论,在决策层融合中使用意见一致性理论,建立已知狭窄环境的地形图;对于未知狭窄环境,使用D-S证据理论中的矛盾因子,建立了一个自适应超声波传感器模型.结果表明:使用上述方法有效地减少了超声波传感器镜面反射所引起的不确定性,提高了移动机器人使用超声波传感器在狭窄环境中建立地形图的准确性,证明本文所提出的方法是有效可行的.     

压力容器带防腐层表面磁粉探伤的研究

采用人工裂纹试样的方法,模拟压力容器涂刷油漆防腐层的状况进行了磁粉探伤,得出了油漆防腐层厚度与裂纹检出灵敏度的定量关系,结合ＣＶＤＡ《压力容器缺陷评定》规范,探讨了实验方法对一般在役压力容器不除去油漆的情况下进行了磁粉探伤检验的可行性。     

超声波在煤矿井下环境中的传播与衰减特性

超声波的传播具有穿透性强、传播稳定、非接触的特点,使得超声波在测距和测流量领域获得研究和应用.为将超声波检测技术引入矿井风速测定领域,必须对超声波在矿井大气中的传播特性进行有针对性的研究.本文利用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,系统的分析了超声波在煤尘-空气混合物中的传播和衰减特性.研究获得了超声波长与煤尘颗...     

基于并行MLFMA的金属介质混合目标RCS计算

针对电大尺寸金属介质混合目标的RCS计算问题,采用基于体面积分方程(VSIE)的矩量法对目标RCS进行解算,并通过并行多层快速多极子算法(MLFMA)进行加速求解.通过建立介质覆盖的金属球模型,给出了MLFMA的并行加速比;利用金属介质混合材料无人机模型,给出了不同极化条件下的RCS.仿真结果表明,并行MLFMA在保证计算精度的条件下,有效减少了单台计算机的内存消耗且速度大幅度提高,明显提高了电大尺寸目标RCS的求解效率.     

岩体中软弱夹层影响爆炸波传播规律的数值分析

为了模拟岩体中软弱夹层对爆炸波传播衰减的影响,在块体离散元的基础上改进了数值计算方法（包括基本方程、求解步骤、能量耗散等效模式）,使其适合模拟爆源的特点、岩体中软弱夹层的性质以及应力波的传播衰减规律.用该方法建立了含软弱夹层岩体和爆源的数值模型,对岩体中软弱夹层影响爆炸波的传播衰减规律进行了数值试验.结果表明：软弱夹层前后爆炸波的振动速度峰值差别很大,存在量级上的差别;软弱夹层与爆源的距离对应力波衰减的影响很大,而夹层厚度影响较小;在两组软弱夹层之间的质点振动持续时间明显延长.数值模拟不仅给出了爆炸波经过软弱夹层的透反射关系,而且描述了不同情况下质点振动的基本形式,可为实际工程提供参考.     

电磁超声换能器在金属板厚度检测中的优化

为了提高电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）在金属板厚度检测中的换能效率,利用ANSYS有限元软件对用于铝板厚度检测的电磁超声横波换能器进行三维建模与仿真.在仿真过程中,确定了电磁超声横波在铝板中的传播形状与方向,并以正交试验优化设计方法为指导,研究了电磁超声换能器的不同因素、不同尺寸对其换能效率的影响,并据此对EMAT模型尺寸进行了优化.通过实验验证,优化后EMAT得到的回波信号幅值是原始模型回波信号幅值的5倍,并且信噪比较高.     

Al2O3的质量分数对衬瓷层组织及耐磨性的影响

针对表面工程领域对耐磨材料的迫切需要及制备耐磨材料的复杂性,发明了钢水余热衬瓷技术,并利用该技术对耐磨衬瓷层进行了研究.通过将不同比例的Al₂O₃和金属粉料混合、合成,制备出陶瓷复合粉,并将其涂覆在沾有高温胶的砂型型腔工作面上,通过正常的钢水浇铸工艺,利用钢水凝固时释放出的热量将陶瓷复合粉烧结到钢的表面,达到耐磨效果.利用扫描电镜观察分析了衬瓷层的组织、表面形貌、是否有脱落现象以及衬瓷层与基体的结合情况,利用能谱分析了衬瓷层的成分,利用磨损试验机检测了衬瓷铸件的耐磨程度.结果表明：Al₂O₃的质量分数在35%~45%之间的衬瓷效果最好,其耐磨性是淬火45号钢的80倍.     

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.     

高效利用CFRP加固预裂混凝土梁

为了更有效应用碳纤维布进行结构加固,对6根不同配筋率的预裂钢筋混凝土梁进行CFRP加固加载试验,研究了在采用半包粘贴CFRP加固方式时,不同配筋率和不同碳纤维布层数对梁的极限承载力恢复程度、破坏形态和裂缝开展情况的影响.分析结果表明,碳纤维布在很大程度上提高了试验梁的整体刚度,改变了加固梁的破坏形态,采用半包式粘贴纤维布能较好地限制碳纤维布与混凝土之间的剥离,使之恢复到预裂时的极限承载力,满足正常使用要求.     

超声导波技术在管道缺陷检测及评价中的应用

超声导波技术是一种新兴的无损检测技术,由于其检测距离长、速度快、成本低、且可以对常规管道检测方法无法接近的管道进行检测及评价,多用于对带夹具、有套管或埋地管道的检测.笔者对管道超声导波的检测原理,以及超声导波在管道中的传播和衰减特性进行了研究,分析了影响管道超声导波检测准确性的主要因素,并采用纵向和扭转模态导波对一段24,,m长、存在复杂管道特征及人为加工缺陷的管道进行了实验.     

混凝土冻融损伤厚度的超声波检测

为分析混凝土结构的冻融损伤厚度,采用快冻法进行引气混凝土试验梁在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的盐冻试验.基于超声脉冲检测方法,依据波速在不同物质中的传播速度差异,对冻融300次后的混凝土试块进行超声检测,得到混凝土冻融损伤厚度.结果表明,该配合比对应的混凝土试块在冻融循环300次后冻融厚度约为30 mm,未超过混凝土结构的钢筋保护层厚度.     

圆CFRP钢管混凝土外加强环节点有限元分析

为了深入研究圆CFRP钢管混凝土外加强环节点的力学性能,使用有限元软件ABAQUS分析了混凝土强度、钢材强度、轴压比、加强环板的厚度和加固形式对节点力学性能的影响.对节点模型进行了低周往复荷载下数值模拟.结果表明,当混凝土和钢材强度不变时,随着轴压比的增加,外加强环节点的承载力保持不变;加强环板厚度对节点承载力影响较大,随着加强环板厚度的增加,节点的承载力明显增加,当厚度增加到一个限值时,承载力基本保持不变;加强板和加强筋加固形式可以显著提高节点的刚度,使钢梁先于柱屈服,实现强节点弱构件的抗震目标.     

反应谱法与时程分析法抗震分析对比

为了研究反应谱法与时程分析法的地震响应对比分析,采用ABAQUS有限元分析软件对多层钢框架结构中的一榀钢框架建立计算模型,比较反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的结构顶层位移、最大层间位移、层间位移角和Mises应力值等地震响应.通过计算及模拟可知,由反应谱法得到的结构顶层位移是时程分析法的1.09倍,前者的最大层间位移及层间位移角是后者的1.07倍.结果表明,反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的地震响应均符合规范要求,反应谱法计算的地震响应比时程分析法的地震响应大,反应谱法得到的地震响应偏于安全.分析结果为多层钢框架的抗震方法提供了理论支持.