超声导波在管道中传播的数值模拟

为了研究超声导波在管道中的传播特性并从中选择适合于无损检测的导波模态,在弹性动力学理论基础上,分析了超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性;通过编程数值计算了超声导波在管中传播时的频散曲线和各模态沿管壁的位移分布;利用数值计算结果以及Fourier分解法,模拟了导波在管道中的传播现象,获得各个模态在传播一定距离后的时域波形.结果表明,在特定频率下,L(0,2)模态导波频散现象较小、传播速度最快,是管道缺陷无损检测的理想模态.数值模拟结果与理论分析相吻合,并且证明此种Fourier分解法可以有效地模拟管道中超声导波的传播特性.     

超声纵向导波进行管道裂纹检测的数值模拟

简述了空心圆管中超声导波的基本理论,用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟.管道模型中,以删除单元模拟管道周向裂纹,通过对管道一端端部周向各节点施加经Hanning窗调制的10周期纵向单音频叠加信号,模拟纵向入射应力波,同端接收反射应力波,对含单、双裂纹的管道模型进行了数值模拟,通过裂纹反射波到达时间,可准确地判断出单、双裂纹所在位置,并对模拟结果进行了频谱分析,频域信号显示出管道中存在裂纹时幅值和频率成分的显著变化.     

管道超声导波检测中信号选取的实验研究

为了研究信号选取对缺陷检测的影响,激励4个不同周期数但中心频率均为120kHz的单音频信号,对长7.12m的管道中的单缺陷进行了检测.检测结果表明,20个周期的单音频信号适合检测该管道中的缺陷.当单音频信号周期数较小时,激励的L(0,2)模态波形较窄,频带较宽,信噪比较低,并且当该模态遇到缺陷后,反射的一些转换模态(如弯曲模态)频散严重,不利于模态识别和缺陷检测.当周期数逐渐增加至一定数基时,L(0,2)模态频带变窄,频散程度变小,信噪比更高,有利于管道的缺陷检测.周期数过多,尽管模态控制较好,但各缺陷回波波形持续时间较长,彼此之间容易相互叠加,反而影响缺陷定位和识别.     

板中孔状缺陷的超声导波检测试验研究

为了实现对板类结构的主动健康监测,采用附着在结构上的压电陶瓷晶片激励和接收导波模态,选取合适模态用于板中缺陷的识别和评估.理论分析结果表明,在低频范围内,相对于A₀模态,以面内位移为主、频散小的S₀模态更适合于铝板的缺陷检测.利用直径11 mm,厚0.4 mm的压电陶瓷晶片在1 mm厚的铝板上激励和接收得到适合缺陷检测的频率300 kHz的S₀模态.在此基础上,在铝板中加工一孔状缺陷,分析了S₀模态的缺陷检测能力,并进一步研究了缺陷直径对接收到的导波信号幅度的影响.实验结果表明,利用一发一收法得到的Lamb波模态可以用于铝板中的缺陷检测,并且缺陷回波的幅度可实现对缺陷大小的表征.     

基于时间反转的管道导波小缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道小缺陷检测的不足,给出了一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有裂纹及孔型小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,令由于缺陷而产生的多个转换模态同时到达缺陷位置,使原本分散在各导波模态的检测能量汇聚于缺陷处,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.     

超声导波管道缺陷检测中的温度补偿方法研究

利用COMSOL有限元仿真软件,进行管道建模和缺陷检测仿真,重点研究了温度参数变化对导波波速的影响.仿真结果表明:随着管道温度的升高,管道杨氏模量和超声导波波速均呈下降趋势.研究总结出了管道温度与超声导波波速的关系,并给出减小温度对超声导波波速影响的校正方法,可有效降低管道温度变化对导波检测的不利影响.     

基于时间反转的管道导波非穿透缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道非穿透型小缺陷检测的不足,给出一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有非穿透型裂纹小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.利用时间反转导波的空间聚焦特性还可建立时间反转导波的圆周位移分布与缺陷的周向和径向位置间的关系,为实现缺陷的三维定位奠定基础.     

基于导波的圆管横向裂纹检测的数值模拟与试验

研究圆管上的超声导波的裂纹几何尺寸与回波反射特征间的映射关系.首先,建立5组周向角度与径向深度的裂纹管道的有限元仿真模型,用脉冲-回波的方法模拟L(0,2)模态波对管道横向裂纹进行检测,提取其裂纹反射系数特征值;其次,搭建导波检测系统,加工3组周向裂纹的圆管试样,分别用单探头与4个探头进行裂纹检测试验.分析表明:试验与仿真分析得到缺陷尺寸对反射系数的影响趋势吻合;能够检测到1m以外的裂纹,轴向定位误差小于10%;裂纹回波的反射系数随着损伤程度的增大而增大.本研究为基于导波对管道横向裂纹的定位与识别提供了参考.     

扭转模态导波检测管道纵向缺陷的数值模拟

为了评价超声扭转模态导波对管道纵向缺陷的检测能力,采用有限元方法进行了数值模拟研究.建立了带有纵向缺陷的管道有限元模型,激励和接收了扭转模态的T(0,1)导波,获得了缺陷长度与反射系数之间的关系曲线和回波信号在管道圆周方向的分布规律,并提出了采用T(0,1)模态导波检测时,对纵向缺陷进行周向和纵向定位的方法.结果表明,32.6 kHz的T(0,1)模态导波对管道上的纵向缺陷比较敏感,在缺陷所对应的圆周位置上,导波的回波幅度最大,而且,纵向缺陷对T(0,1)模态导波的反射系数呈单调增大、然后减小的趋势.     

材料损伤的超声导波无损检测

超声导波检测技术在许多制造和运行监测领域得到了迅速地发展。将探讨超声导波应用于电厂高温部件状态监测的可能。进一步了解超声导波检测的物理原理和波动力学可以有助于无损检测和评估的实际应用。与此同时,目前已经在工程中得到应用并可能很容易推广到电厂部件无损探伤的一些超声导波检测相关的传感器和软件技术在文中进行了简单地介绍。     

Defects detection in typical positions of bend pipes using low-frequency ultrasonic guided wave

In order to analyze the possibility of detecting defects in bend pipe using low-frequency ultrasonic guided wave, the propagation of T(0,1) mode and L(0,2) mode through straight-curved-straight pipe sections was studied. FE(finite element) models of bend pipe without defects and those with defects were introduced to analyze energy distribution, mode transition and defect detection of ultrasonic guided wave. FE simulation results were validated by experiments of four different bend pipes with circumferential defects in different positions. It is shown that most energy of T(0,1) mode or L(0,2) mode focuses on extrados of bend but little passes through intrados of bend, and T(0,1) mode or L(0,2) mode is converted to other possible non-axisymmetric modes when propagating through the bend and the defect after bend respectively. Furthermore, L(0,2) mode is more sensitive to circumferential notch than T(0,1) mode. The results of this work are beneficial for practical testing of pipes.     

Numerical simulation of non-contact explosion by door breaching explosive

Aiming at the estimation of personal injury attached by counter-terrorist door breaching explosive blast wave,according to the actual scene,four typical application space models of counter-terrorist door breaching explosives are established,and numerical simulation of air-blast wave propagation by non-contact explosion counter-terrorist door breaching explosive are achieved. The research results show that the overpressure behind the target door is attenuated deeply through the burglary resistant safety door,and the propagation of blast wave and the damage effect under different space conditions are obviously different.     

含脱体激波流场的数值模拟仿真

利用经典的质点网格法进行了含脱体激波的超音速流动的数值模拟，绘出了形象直观的超音速流动图画，且模拟流场中的各项参数与实验符合较好，为今后进一步探讨复杂形状物体的超音速运动提供了基础．     

复合管道轴对称导波改进半解析有限元建模

针对层状复合管道经典半解析有限元(SAFE)模型无法直接区分纵向模态导波和扭转模态导波的问题,在SAFE基本原理基础上结合纵向模态导波和扭转模态导波的力学特性,分别建立纵向模态导波和扭转模态导波的SAFE模型.该模型实现了纵向模态导波和扭转模态导波的单独计算,避免了复杂的导波模态区分过程,减少了SAFE模型的计算工作量,提高了计算效率.通过与基于全局矩阵法原理的PCdisp软件的计算结果比较,证明该SAFE模型具有良好的计算精度.利用所建的SAFE模型计算了环氧树脂钢管中纵向模态导波和扭转模态导波的传播特性.     

电磁波在亚柱状晶粒中散射的数值模拟

导出了电磁波在亚柱状晶粒中散射波强度与介质电磁参数（εｒ、μｒ）所满足的关系。数值模拟计算结果表明，在吸波材料中掺加亚柱状晶粒，可获得相干的散射波，使电磁波在给定介质的散射波强度明显减小。     

运用组分模型进行的化学驱数值模拟(英文)

通过化学驱数值模拟软件UTCHEM - 6.0在岩心实验数据历史拟合中的运用 ,研究了化学驱油机理。研究结果表明 ,当聚合物段塞足够大时 ,聚合物注入时机对最终采收率影响不大。原始含油饱和度大小能够反映岩心孔隙状况和油在岩心中的分布特征。碱能够与原油中的有机酸反应生成表面活性物质 ,有利于降低界面张力 ,采收率增幅达 2 0 %以上。     

间断洪水波高精度数值模拟与应用

基于守恒型浅水二维方程,采用三单元模板的加权本质无震荡(WENO)格式插值界面两侧守恒变量,并采用Roe方法计算界面处数值通量,建立了平面二维溃坝水流数学模型.为使模型总体精度不致因为时间离散而降低,源项采用三阶Runge-Kutta方法进行处理,时间步进采用自适应步长法.验证结果表明数学模型计算结果与精确解基本一致,间断处数值解无明显震荡,具有高分辨率和高精度.数学模型应用于坝体溃决后水流在干河床上运动、河道部分堤防溃决后水流同时在河道以及洪泛区的演进过程以及天然复杂地形条件下实际工程溃堤方案的比选等预测计算.