管道超声导波无损检测技术应用研究

利用研制的磁致伸缩超声导波无损检测装置对长直无缝钢管、舰用锅炉U型管和弯管进行了大量试验研究．研究发现，通过对该装置中磁致伸缩传感器的放置位置及方向进行适当调整，此装置即可在管道中激发纵向导波；该技术对管道壁厚减薄、磨损或腐蚀、裂纹、焊缝等缺陷同样具有检测能力；选择低频（20～40kHz）激励脉冲信号有利于减少波的发散特性和提高缺陷的检测能力；导波在管道中传播衰减缓慢，适用于长距离、大范围、快速、非接触管道检测．     

基于磁致伸缩导波的尖轨缺陷检测技术研究

尖轨在其周期性载荷作用下易发生断裂,引发列车事故。为对尖轨缺陷进行检测,文章基于磁致伸缩效应研制了导波检测系统,研究导波在尖轨中的传播特性、导波对尖轨附属件的检测能力以及缺陷的识别能力。采用ABAQUS/Explicit有限元方法研究了不同频率导波在尖轨中的传播特性。所研发的磁致伸缩导波检测系统在尖轨上的检测是可行有效的。使用导波检测系统在尖轨底面激励的水平剪切导波在基本轨和尖轨上可传播的有效距离至少为12 m,在空轨中至少能传播16 m。而且低频导波主要沿轨底传播,高频导波主要沿轨腰和轨头传播,多频导波结合能更加准确地对尖轨的检(监)测。     

热处理工艺对HOVF制备磁致伸缩涂层组织及性能的影响

采用超音速火焰喷涂方法制备Fe-Ga磁致伸缩涂层作为磁致伸缩导波传感器的敏感性元件.研究300～700℃不同热处理温度对Fe-Ga涂层质量的影响,采用SEM、XRD和磁致伸缩测试仪研究热处理过程中涂层的微观组织和性能变化.结果表明,退火过程中,Fe-Ga涂层保持单一的A2相结构,300～600℃温度范围内颗粒中的变形晶...     

磁致伸缩超声导波检测在石化设备中的应用

磁致伸缩超声导波检测是近年来开始流行应用于国内各大石化行业的腐蚀检测新技术。与传统的无损检测技术不同,该项技术可以实现石化设备在线的高效质量检测。本文以国内石化园区内的导波检测应用为例,可以发现超声导波检测技术对于石化设备的腐蚀缺陷可实现高效快速的扫查,同时,对设备开展导波检测往往也需要其他常规检测手段进行配合,从而完成对缺陷严重程度的定量评价。     

本安型锚杆锚固质量导波无损检测仪的开发

设计开发了一种基于导波的便携式本安型锚杆锚固质量无损检测仪.介绍了该检测仪设计开发的过程,包括检测仪的硬件设计、软件设计和上位机软件的设计开发.制作锚杆模型进行实验,使用检测仪对锚杆进行检测,检测仪能够准确地检测出锚杆的有效锚固长度和锚固力,判断出锚杆的锚固质量.通过重复性试验证明,检测仪性能稳定可靠.检测仪满足本质安全型防爆要求,能够在煤矿井下安全使用,在煤矿井下的锚杆锚固质量检测上具有一定的应用潜力.     

偏置磁场强度对交叉线圈式扭转导波换能器换能效率的影响

交叉线圈式带状磁致伸缩扭转导波换能器偏置磁场强度直接影响换能器换能效率,为获得较佳的检测效果,需要研究偏置磁场强度对该换能器换能效率的影响。首先,从磁致伸缩效应出发,分析交叉线圈式带状磁致伸缩扭转导波换能器的工作原理。其次,在模态验证实验的基础上,分别对激励和接收换能器换能过程中偏置磁场的作用进行研究。实验结果表明随着偏置磁场强度的增大激励端和接收端换能器换能效率均先增大后减小。最后进行缺陷检测实验,当激励端和接收端均选择最佳换能区域时,对比模态验证实验,缺陷信号明显增大。该研究结果可为换能器的现场应用提供技术支持。     

稀土超磁致伸缩换能器的研制及其在桥梁检测中的应用

稀土超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料，它的应用越来越受到广泛的关注，针对目前大型工程质量检测对声波无损评价系统震源的新要求，研制了稀土超磁致伸缩换能器，该换能器以大功率稀土超磁致伸缩材料作能量转换部件，具有能量集中、发射声波传播距离远、发射频率适中，容易与采集系统集成而实现自动检测控制，显著提高工作效率．最后以某桥梁声波CT无损评价为例说明其广泛的应用。     

锚杆围岩系统数学模型的建立及动态响应分析

目的　建立锚杆在锚固状态下的波动方程 ,为锚杆锚固质量的无损检测提供理论上的指导 .方法　将围岩对锚杆的作用简化为一个线性弹簧和一个与速度有关的阻尼器 ,以此为基础 ,建立锚杆围岩系统在瞬态激振下阻尼波动方程 ,并求出锚杆围岩系统动力学方程在不同边界条件下的解析解 .结果　导出了锚杆围岩系统的位移、速度和加速度 3种瞬态动测响应 .结论　这一结果对锚杆锚固质量无损检测方法的发展和提高锚杆锚固质量动测技术的准确性提供了新的方法 ,也对桩基无损检测及地震分析具有重要的理论意义     

GMA的温度特性分析及热形变被动补偿方法研究

利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应特性制成的磁致伸缩智能构件,位移输出精度可达亚微米级,这为精密与超精密加工领域提供了新的驱动解决方案,这种精密微驱动过程是依靠智能材料的功能性实现的。然而,在磁致伸缩智能构件工作过程中,线圈的焦耳热损耗、材料磁滞与涡流损耗等因素会导致其温度升高,并伴随着材料出现热变形、磁致伸缩系数不稳定等问题,从而严重影响系统的输出性能。为降低温升对磁致伸缩智能构件工作性能的影响,对超磁致伸缩致动器的温度变化特性进行了深入分析,提出一种热形变被动补偿机构,完成了具有热形变自补偿功能的超磁致伸缩致动器设计。实验结果表明,磁致伸缩致动器的主要发热形式和发热源,取决于激励电流形式、工作频率;所设计的超磁致伸缩致动器在工作过程中能够对热形变自动进行补偿。研究结果为提高磁致伸缩智能构件在精密与超精密驱动领域应用过程中的工作精度提供了一种途径。     

聚合物及其复合材料磁致伸缩性能的研究进展

在总结无机磁致伸缩材料特点的基础上,归纳分析了聚合物材料获得磁致伸缩性能的条件,回顾了近年来有关磁致伸缩聚合物及其复合材料的研究历程.总结了磁致伸缩聚合物复合材料的性能影响因素、制备方法以及应用情况,提出了今后磁致伸缩聚合物及其复合材料的研究方向.     

电容位移法精确测量磁性薄膜的磁致伸缩系数

介绍了一种精确测量磁性薄膜磁致伸缩系数方法－电容位移法，并自行研制组装了一套测量装置，通过误差分析，仪器的精确标定，对稀土－铁超磁致伸缩薄膜的磁致伸缩系数进行了测量，获得满意的结果。     

基于空间拓展法的管道高阶螺旋导波波包追踪方法研究

螺旋导波是管道短距离高精度层析成像技术采用的主要导波模态,可以有效地提高成像分辨率,弥补目前管道导波长距离大范围检测精度低的缺点,在管道腐蚀检测中具有重要意义。然而由于导波的频散及螺旋导波的多路径传播特性,换能器接收到的检测信号波包众多,且经常发生重叠。为了便于分析这些波包的来源,需要有效的方法来计算各阶螺旋传播路径的长度及波包到达时间,进行波包追踪。推导了基于空间拓展法的管道高阶螺旋导波传播路径的计算模型,并针对各向均匀辐射的柱面波前兰姆波形成的管道螺旋导波,进行了数值计算和实验验证,证明了模型的正确性及其在波包追踪中的有效性。对利用管道螺旋导波进行检测及层析成像具有理论指导作用。     

Ultrasonic guided waves in bone

Recent progress in quantitative ultrasound (QUS) has shown increasing interest toward measuring long bones by ultrasonic guided waves. This technology is widely used in the field of nondestructive testing and evaluation of different waveguide structures. Cortical bone provides such an elastic waveguide and its ability to sustain loading and resist fractures is known to be related to its mechanical properties at different length scales. Because guided waves could yield diverse characterizations of the bone's mechanical properties at the macroscopic level, the method of guided waves has a strong potential over the standardized bone densitometry as a tool for bone assessment. Despite this, development of guided wave methods is challenging, e.g., due to interferences and rnultiparametric inversion problems. This paper discusses the promises and challenges related to bone characterization by ultrasonic guided waves.     

基于振动模态分析的钢轨中超声导波传播特性数值计算方法

针对钢轨等复杂异型波导结构中超声导波频散特性难于求解的问题,本文通过振动模态分析提取出钢轨中超声导波传播特性。基于振动特征频率和波动解互相转化的原理,将振动模态分析获得的特征频率解,转换成波动解,进而提取出钢轨的频散特性。同时,还可以由结构振动分析中获得的变形信息,计算出超声导波的波结构。通过对计算出的钢轨中低阶超声导波模态频散特性和波结构分析,选择出适合钢轨无损检测的超声导波模态类型和频率范围,为后续专用超声导波传感器设计和检测实验提供理论支持。     

基于改进时间反转法的超声导波检测系统构建

针对目前国内自主研制超声导波检测设备能力不足以及常规超声导波检测灵敏度较低等问题,构建一种基于改进时间反转法的超声导波检测系统。利用超声导波线性叠加性,单独激励时间反转信号,再线性叠加检测信号,在LabVIEW环境下,开发基于NEXTKIT信号万用仪和NI PXI-6331采集卡的超声导波时间反转检测系统。实验结果表明:纯净的时间反转信号是获得良好聚焦效果的前提,为窗宽选择提供依据,有效提高小缺陷反射回波信号幅值,为设备小型化提供可能。     

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。     

Synthetic phase tuning of guided waves

A novel method has been developed to generate and manipulate multi-mode guided waves. This technique uses a linear phased array whose elements are activated according to a prescribed time delay profile obtained from the dispersion curves. It is shown that a desired guided wave mode can be tuned by synthetically constructing a virtual wave from individually acquired waveform data. In addition to the development of such a synthetic phase tuning (SPT) technique, a pseudo pulse-echo (PPE) operation scheme is also developed for nondestructive testing. Experimental results are compared with those obtained by more traditional techniques using variable angle wedges and array transducers. It was shown that the new technique is convenient, robust, and flexible in utilizing multi-mode guided waves for nondestructive evaluation (NDE). It is a dynamic method that can produce desired guided wave modes propagating in the desired direction without any mechanical alignment. The advantages and limitations of the technique are addressed     

A finite element analysis of the time-delay periodic ring arrays for guided wave generation and reception in hollow cylinders

A new guided wave transducer model, time-delay periodic ring arrays (TDPRAs), is proposed and investigated in this paper for guided cylindrical wave generation and reception in hollow cylinders with application interests focusing on non-destructive testing (NDT) of piping/tubing. A finite element simulation has been performed for axisymmetric guided-mode excitation and reception with TDPRAs. By arranging a proper configuration of the time-delay profile and the electric-connection pattern of a ring array, unidirectional excitation and reception of guided waves can be achieved. The numerical results are obtained for the first three axisymmetrical modes and are compared with respect to generation efficiency and mode selectivity. Parametric influences on the performance of TDPRAs are discussed, combining a 2-D phase velocity-frequency spectrum approach with the mode dispersion and displacement structure analyses. The identification of converted modes in guided cylindrical wave reflections with a flexible TDPRA receiver has also been studied through sample notch reflection.     

基于时间-空间变换的超声导波检测新技术研究

超声导波的频散和多模态特性,对超声导波检测的效果和检测范围有很大的影响。在分析超声导波时间-空间传播特性基础上,建立了超声导波检测的空间表述模型。由于考虑了导波传播过程中的频散特性,空间表述模型减小了频散对导波检测波形的影响,提高了检测系统分辨率,并可以直接获得结构中特征体信息,如端面、缺陷的位置等。实验结果表明,该技术可以大大提高超声导波检测范围和检测效果。