管道损伤处纵向导波模态转换对损伤识别的影响

在管道导波检测中损伤反射回波包含了丰富的损伤相关信息,对回波信号的全面分析有助于识别损伤的几何特征。纵向模态导波与损伤相互作用会发生双模态转换,即L(0,2)导波与L(0,1)导波之间的相互转换。由L(0,2)导波转换而来的L(0,1)导波也反映了管道的损伤特征信息。利用数值模拟和实验方法,研究了损伤沿管道径向和周向扩展时L(0,1)和L(0,2)导波的反射特征。结果表明:L(0,2)导波与非贯穿型损伤相互作用会发生双模态转换现象,而与贯穿型损伤作用时,不发生双模态转换;对于周向长度一定的损伤,L(0,1)导波反射系数随损伤径向扩展呈先增大后减小的趋势,且损伤深度小于管道半壁厚时,L(0,1)导波与L(0,2)导波反射系数相当。研究结果为管道检测过程中评估损伤的径向深度提供了参考。     

基于神经网络的超声导波钢杆缺陷识别

利用基于BP神经网络的缺陷识别算法,从不同实验条件下获得的信号样本中抽取特征量,对钢杆中不同深度和位置的径向裂纹进行了识别。首先,采用频率为235kHz激励轴对称纵向模态导波对钢杆中的径向裂纹进行了检测。实验表明,在235kHz时获得的超声导波信号含较单一的L(0,2)模态,避免了用L(0,1)模态检测小尺寸缺陷时检测能力较弱的问题,又减少了用轴对称纵向高阶模态检测缺陷时模态较多不易分辨缺陷回波的现象。其次,利用算法对钢杆中的径向裂纹进行识别。结果表明,在已有实验样本数下,缺陷识别算法从整体上很好地识别不同深度和位置的裂纹,识别正确率稳定在87%。     

基于纵向超声导波管道非通透缺陷检测研究

管道经过长期服役后,由于磨损、腐蚀和意外损伤等原因,对管道正常运行产生危害。在实际工况中,小的腐蚀缺陷容易发展成腐蚀穿孔,浅层的小裂纹容易发展成穿透型裂纹,因此探究如何有效检测管道小宽度非通透缺陷是很有必要的。利用ANSYS有限元仿真软件模拟纵向模态导波对管道的周向和斜向非通透缺陷的检测,得到了周向非通透缺陷的反射系数曲线,并证实时间反转法可以显著提高导波对非通透斜裂纹的检测能力。还针对空管和充水管非通透斜裂纹的定位问题进行了研究,结果表明利用时间反转法可以得到缺陷较为精确的周向与轴向位置及大致形状。     

管道中T(0,1)模态导波检测技术的发展与应用现状

超声导波具有检测速度快、检测范围广等优点,被广泛应用于各类缺陷的检测。而扭转模态作为超声导波的一种对称模态,具有频散小、能量集中、信号单一且易于分析的特点。综述了近年来扭转模态的发展历程,从T （0,1）扭转导波的传播与检测原理入手,对比各类激励探头的激励原理与效果,并对其进行优缺点分析。通过分析导波模态的选取原则和导波在单层管道、双层管道和充液管道中传播的性质,总结激励频率、液体粘度、液体密度等因素对扭转模态导波在管道中传播的影响,进而明确扭转模态的适用范围及适用的信号处理方法,对于今后扭转模态的发展具有借鉴意义。     

悬索桥缆索钢丝损伤超声导波检测数值模拟

为了实现对大跨悬索桥缆索钢丝损伤的有效检测,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对超声导波无损检测技术进行研究。通过理论求解钢丝中导波的频散曲线,分析频散特性和波结构,选取中心频率为200 kHz的L(0,1)模态进行钢丝断丝损伤检测;利用有限元软件,研究了钢丝中导波的频散特性和波结构,通过二维傅里叶变换技术对钢丝中的低阶导波模态进行识别,进一步分析了缺陷尺寸和角度对L(0,1)模态缺陷反射系数的影响;最后,对L(0,1)模态在两根钢丝和七根钢丝的断丝处的缺陷回波进行了数值模拟。数值模拟与理论分析结果相吻合,说明低频L(0,1)模态可以有效地对缆索钢丝断丝损伤进行远距离检测。     

T(0,1)模态导波在弯管上传播的仿真与实验

由于弯管的几何形状复杂,超声导波在弯管中的传播特性比在直管中复杂。弯管超声导波检测中,衡量其检测有效性的一个重要参数是透过率。通过有限元模拟研究了激励频率、弯曲半径、弯管角度对T(0,1)模态导波透过率的影响。发现:不同激励频率的导波在弯管上有不同的透过率,并且激励频率高的导波由于脉冲宽度小,更易产生新的波前;在不同的弯曲半径和弯曲角度的弯管中,最小透过率的T(0,1)模态导波的频率也各不一样;随弯管角度的变化,信号的透过率呈规律性变化。通过实验验证了不同激励频率下,T(0,1)模态导波透过率和激励频率的关系。在实际检测有弯管段的管道时,需采用多频率检测。     

基于相控阵激光超声的裂纹衍射增强试验研究

针对超声衍射时差法(TOFD)存在检测精度较差、区域检测可靠性不够和信号信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)低等问题,提出了一种基于光纤皮秒激光器和高速旋转镜的相控阵激光超声裂纹检测方法。利用有限元方法模拟热弹机制,建立二维瞬态激光超声力-固耦合模型产生横波与纵波在缺陷处发生的衍射现象,分析了裂纹尖端不同奇异点、声波不同中心频率和相控阵激励源不同位置对声波衍射的影响,通过衍射信号的信噪比和位移幅值两个计算指标来分析变化规律,并进行了试验验证。结果表明:数值模拟与试验结果有较好的一致性,相控阵激光源较传统单束激光源对衍射信号幅值和信噪比有明显的增强作用,纵波衍射信号信噪比较理想;衍射信号幅值随裂纹尖端奇异点增加和声波中心频率减小而增大;信噪比随尖端奇异点增加而增大,随声波中心频率一定范围增加无明显变化,随激光源距离的增加呈现先增加后减小的趋势;缺陷定量分析时计算出的裂纹长度与实际裂纹的误差均不超过6.8%。     

超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究

利用散射系数周向分布图研究了超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性。建立了超声Lamb波与缺陷交互作用的有限元仿真模型,采用双元激励法产生单一S0模态入射信号,利用吸收边界消除边界回波的影响,采集缺陷所有方向上的散射信号并产生散射系数周向分布图。此模型的计算结果与实验结果一致,证明了模型的正确性。研究了S0模态与通孔和通透裂纹两种缺陷的交互作用,并测量了S0模态以零度角入射缺陷时的周向散射系数分布图,利用其图形特征可以进行缺陷种类识别。分析了散射场中多模态信号的能量分布,指出检测中若激励单一模态,而接收多模态信号,可以防止漏检,更有效地检测缺陷。     

基于超声导波检测管道缺陷的数值模拟

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,建立了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;50 kHz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。     

交变磁场测量法在表面裂纹无损检测中的应用

为了分析交变磁场测量法在无损检测中的应用及检测金属表面裂纹长度和深度的影响因素,本文根据交变磁场测量法基本原理,设计了新型的传感器探头和相关硬件电路,可以实现全方位检测金属表面缺陷,抑制噪声并提取缺陷信号的微小变化量。结果表明:探头型号和激励频率对漏磁场的检测影响很大,正交矩形激励线圈方法更方便直观;当霍尔传感器扫过表面裂纹时脉冲漏磁信号急剧降为零后又剧增到最大时,各个深度的表面裂纹信号到峰时间近似呈线性关系,这两个特点能用来对表面缺陷进行定位和定量。