利用压电导波层状管道结构的损伤识别

目的绘制层状管道结构导波的频散曲线,提出一种利用压电超声导波层状管道结构损伤识别方法.方法利用Navier方程及边界条件建立频散方程并进行数值求解,分别绘制出空管和充液两种情况下的导波频散曲线.为了验证理论分析结果,利用压电导波试验方法,对一个长2 m的层状空管和层状充液管道中的人工周向缺陷进行识别.结果导波的频散和衰减程度较弱的L(0,1)模态适合于层状充液管道中的损伤识别.随着导波频率的增加,频散效应逐渐增加,损伤识别能力也逐渐下降.对于充液管道,导波能量会通过液体中传播,降低损伤识别的精度.结论在对层状充液管道进行损伤识别时,应根据频散、衰减和导波结构等传播特性选取合适的纵向模态.利用压电导波进行层状管道结构损伤识别是十分有效的.     

基于相控阵超声导波扫描成像的大曲率油气对焊弯管缺陷检测

针对大曲率油气对焊弯管缺陷超声导波难以检测的问题,首先采用有限元方法分析环焊缝和弯头对L(0, 2)模态和T(0,1)模态导波的传播影响,提出基于相控阵超声导波扫描成像的检测方法;然后,采用相控阵技术控制L(0, 2)模态和T(0,1)模态导波的激励,提高2种模态导波的缺陷检出能力,同时应用A扫描和B扫描成像技术提高这2种模态导波识别缺陷的能力;最后,加工制作5根带缺陷的城镇油气管道系统中常用的大曲率对焊弯管,采用基于相控阵超声导波扫描成像的方法进行检测实验。研究结果表明:环焊缝使这2种模态导波产生反射,环焊缝和弯头使这2种模态导波产生衰减和模态转换,导致这2种模态导波难以检测出弯头及过弯头后直管部位的缺陷;该方法能够有效识别和定位大曲率油气对焊弯管的弯头缺陷和过弯头后直管中的缺陷。     

基于模态分离算法的管道焊缝缺陷模拟

在温度、压力、介质腐蚀、振动等影响下,在役工业管道焊缝内部的小缺陷易发展成裂纹,对管道安全运行产生危害。在模态对称分离算法检测单焊缝管道缺陷的基础上,基于L(0,2)模态导波进行数值模拟,分别以前焊缝缺陷对称面、弯管对称面为纵坐标建立新的笛卡尔直角坐标系,根据对称原理,易于提取缺陷特征。模拟结果表明,非对称幅值与裂纹深度呈指数函数关系,该方法可以实现双焊缝和弯管焊缝缺陷的识别和定量。     

超声导波在焊缝缺陷检测中的发展与挑战

简要回顾了超声导波技术的发展历程,调研了导波在焊缝缺陷检测中的研究现状。从导波与焊缝的交互作用、导波与缺陷的交互作用两个角度出发,分析了板状结构焊缝缺陷检测的发展与应用。结合导波纵向模态、扭转模态、结构特点,阐述了管道焊缝缺陷检测技术的进展。最后总结了当前导波技术在焊缝缺陷检测中面临的机遇与挑战。     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

焊缝特征导波模态的分析与应用

为满足焊缝快速高效无损检测需要,并提高超声导波对焊缝缺陷的灵敏度,研究高频下的焊缝导波模态尤为重要。基于COMSOL软件建立了二维对接焊缝半解析有限元模型,通过数值模拟与分析发现,频率大于300 kHz时焊缝中SH_(w1)模态几乎无频散、泄露小,适合于长距离快速焊缝检测。通过试验验证了SH_(w1)模态导波在对接焊缝中的传播特性,确定了最佳激励频率范围为320~360 kHz;并对焊缝中直径为3 mm的预置孔洞缺陷实现了检测,定位精度高于2.5%。     

管道环焊缝相控超声检测系统设计

传统的单探头超声检测精度低、效率差，严重影响了管道环焊缝缺陷检测自动化程度的提高，为此将超声相控阵技术移植到管道环焊缝缺陷检测，设计了一套管道环焊缝缺陷检测系统，给出了检测系统的硬、软件设计．在硬件设计中，通过Matlab编程优化阵列换能器的参数，解决了一系列技术难点．试块和模拟管道的实验结果表明，该系统具有良好的超声发射与接收合成能力，而且对管道焊缝缺陷的检出率和缺陷定位均迭到检测要求，同时也证明了阵列换能器参数优化设计方法的可行性。     

基于能量密度法的超声导波层状管道结构损伤检测

目的根据超声导波在管道结构径向能量密度分布,选择导波最佳模态和频率,提出一种基于能量密度的超声导波层状管道结构损伤检测方法.方法根据能量密度表达式,采用数值分析软件Matlab绘制频厚积-能量密度曲线,并将能量密度曲线与频散曲线相对比,验证其有效性.结果频厚积范围2 160～3 240 kHz·mm,L(0,6)模态适合作为层状管道结构的损伤检测的超声导波,其具有清晰的缺陷回波和边界反射回波,而且能量密度曲线与频散曲线趋势一致.结论基于能量密度法能够实现不同目的超声导波层状管道结构损伤检测,且效果良好.     

超声导波在管道缺陷成像中的发展与挑战

回顾了超声导波在管道缺陷检测中的发展历程,阐述了管道导波的传播模态,调研了管道缺陷成像技术的研究现状.对超声导波在管道缺陷成像的应用展开了评述,介绍了相控阵成像法、时间反转法、层析成像法、偏移成像法、延迟叠加法,并比较了各种方法的特点与适用范围.最后总结了当前超声导波在管道缺陷成像中面临的机遇与挑战.     

超声导波在层状管道结构传播性质的有限元模拟及验证

目的使用有限元分析软件ABAQUS建立层状管道结构模型,克服试验中不能在任意位置设置传感器的弊端,不破坏外包层的前提下实现对结构层的损伤识别和健康监测.方法利用有限元模型能对管道结构任意位置和任意节点的信号进行提取和分析的优势,分析压电超声导波的轴向传播机理.然后制定同等条件的试验室模型,建立试验系统,验证有限元分析的准确性.随后采用试验方法定量分析外包层对结构层的影响.结果试验结果与有限元模型的端部反射波波形图相符合,在非频散区间,试验信号和有限元模拟信号的群速度误差较小.结论有限元模型能够准确地模拟压电超声导波在层状管道结构的传播性质,量化外包层影响后,为后续损伤识别研究奠定了基础.     

基于神经网络的超声导波锚杆剥离缺陷的识别

结合小波包分解技术与神经网络,提出了超声导波检测锚杆剥离缺陷的方法。首先,利用ANSYS-LSDYNA进行了数值模拟,在锚杆的顶端施加扫描激励波,得到了完好和剥离工况下的锚杆动态响应信号,利用小波包分解获得了缺陷参数与小波包能谱之间的关系,以小波包能谱作为输入向量训练适用于锚杆无损检测的神经网络,将剥离状况作为输出,建立了神经网络系统。最后利用混有不同噪声,且未参于训练的导波检测信号验证了神经网络检测的有效性。数值算例表明,该方法对噪声水平小于40%的检测信号,具有较好的识别结果。     

管道缺陷超声导波监测信号匹配追踪去噪

采用超声导波进行管道缺陷监测过程中混入干扰噪声严重影响缺陷反射回波的提取和识别,本文提出了一种新的管道缺陷超声导波监测信号匹配追踪去噪方法。将Hanning窗调制的正弦波激励信号经过时间平移和幅值调制作为基本原子形成自定义过完备波形字典,对管道缺陷超声导波监测信号进行匹配追踪稀疏分解,提取其中有效成分进行信号重构,经多次迭代实现信号去噪。对有限元数值模拟和实际管道缺陷监测信号分别采用传统小波阈值和本文提出的匹配追踪法进行去噪处理,结果表明,当信噪比较低时匹配追踪法明显优于小波阈值法,即使在干扰噪声完全淹没缺陷反射回波的场合,仍然可以提取出清晰干净的缺陷反射回波信号,为正确分析和评估现役管道安全运行状况提供了一条新的途径。     

层状管道结构频散曲线绘制及试验验证

目的推导层状管道结构中超声导波的频散方程,利用频散方程绘制其频散曲线,并通过试验来验证频散曲线的正确性.方法基于Navier波动方程并根据边界条件建立了层状管道结构的频散方程.从理论上分析了层状管道结构中三种模态超声导波的传播特性.根据推导出超声导波的频散方程,通过数值方法绘制出了超声导波在层状管道结构中的频散曲线.对超声导波的频散曲线和位移特点进行了分析,并选出适合激励的超声导波频率.构建与数值计算层状管道模型相同的试验系统并进行试验研究,利用试验验证了所建立的频散曲线的正确性.完成了层状管道结构纵向波动试验,激励频率在1~9 k Hz,对试验结果与理论值进行对比和误差分析.结果L(0,1)在管道结构中传播速度与理论值最大误差值为1.5%,可以发现两者相似度较高.结论笔者所绘制的频散曲线能够较为理想的反映出超声导波在层状管道中传播的真实情况,这对实际检测中激发信号的频率和模态的选择具有重要意义.     

基于超声导波的管道缺陷量化评估仿真研究

超声导波是近年新兴的无损检测技术,相比超声检测和漏磁检测等传统方法,它可提供大范围、全面高效的检测,因此受到越来越多的关注。在基于超声导波的管道缺陷检测中,普遍采用脉冲回波方法,即根据反射回波信号的分析结果获取缺陷信息,目前此技术已可实现管道缺陷的识别和定位。但由于实际管道缺陷形态不规则,产生的反射回波信号往往很复杂,目前还不能实现管道缺陷的量化检测。本文针对此问题,通过有限元仿真方法研究超声导波与管道缺陷的交互过程,提出利用缺陷前后边界分别产生的两个反射信号进行缺陷轴向尺寸的量化评估方法,并进一步通过有限元仿真验证了结论。     

钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究

文中针对现有钢轨检测技术不足的问题,提出了基于空气耦合导波的钢轨非接触式无损检测方法,建立了可模拟空气耦合导波激励与接收全过程的声固耦合仿真模型,并基于声学理论对仿真模型进行了验证。首先,通过该数值模型模拟分析了轨底不同损伤程度对接收导波信号的影响;然后,考虑空气耦合导波受高强度随机白噪声的影响,提出了基于激励信号中心频率小波系数的损伤评估方法。结果表明：根据Snell定律及声学理论,钢轨空气耦合导波检测的最优激励角与接收角为6.6°;钢轨空气耦合接收导波具有波形稳定、能量集中及抗干扰能力强的特点;无论损伤程度大小及所处空间位置如何,接收到声压时域信号波包中心到达时间均基本一致;不同损伤程度对应损伤指数范围有明显差异;基于激励信号中心频率的小波系数法简单可行,准确度高,适用于已知窄带导波信号的损伤信息提取,在接收信号受噪声污染严重的情况下仍能够有效识别出钢轨损伤;基于空气耦合导波进行钢轨损伤识别具有可行性。     

层状管道结构损伤识别的数值模拟和试验验证

目的根据超声导波在无损和损伤层状管道结构传播特性和损伤指数,建立一种层状管道结构损伤识别算法,并提出损伤指数与破坏等级的关系,实现层状管道结构损伤识别.方法利用有限元方法建立不同损伤程度层状管道结构模型,分析超声导波传播特性差异,计算损伤指数,并进行试验验证.结果根据结构损伤指数与损伤程度的关系,将层状管道结构分为5个破坏等级,明确提出结构从完好到破坏的程度,当损伤指数大于0.3时,建议更换层状管道结构.结论结构的损伤指数与损伤程度密切相关,所提出的损伤识别算法是有效的,所建议更换层状管道结构的损伤指数范围具有可行性,有利于工程应用.     

小波奇异性在钢结构损伤检测中的应用

根据小波奇异性检测理论,以应变能的损伤信号为结构损伤指标,分别以悬臂梁结构、平面桁架结构和空间网架结构为例进行数值模拟,将原始损伤信号和经过小波变换后的损伤信号进行对比,结果证明采用该方法不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置,表明了该方法的可靠性和实用性。     

基于不完备静态数据的结构损伤两阶段识别方法

在结构损伤识别中,由于实测数据有限而待识别参数过多,往往导致传统的结构损伤识别方法判断损伤位置不准确或损伤程度识别误差较大,从而限制了其在复杂结构中的应用.将基于静态应变能的损伤定位指标和基于有限元缩聚法的损伤程度计算相结合,提出了一种两阶段的结构损伤识别方法.该方法利用损伤定位指标对结构可能的损伤位置进行定位,在确定可能损伤位置的基础上,利用模拟退火算法求解损伤状态方程,从而确定损伤程度.为验证该方法的有效性和可靠性,分别对5单元超静定、13单元静定和10单元超静定平面桁架的损伤识别进行了数值模拟.结果表明,该方法不仅可有效地识别出结构的损伤位置和程度,而且对测量噪声具有较强的鲁棒性.     

管道焊缝缺陷图像特征参数的提取

焊缝的质量直接影响管道的使用寿命.有效检测出焊缝的缺陷,具有十分重要的现实意义和经济价值.本文介绍了焊缝图像缺陷特征参数的提取方法,为管道焊缝缺陷识别与评价奠定了基础,为管道焊缝质量控制和缺陷检测提供技术保障.     

核电站压力容器接管端异种金属焊缝超声检测计算机仿真及实验研究

利用接管安全端异种金属焊缝显微组织分析结果对该焊缝进行了超声检测物理分析.通过CIVA软件对该焊缝进行了计算机超声检测仿真模拟,开发了焊缝超声检测的检测工艺,利用模拟试块实验对仿真结果和检测工艺的可靠性进行了实验验证.实验数据表明超声仿真模拟能够得到所需的探头参数及不同角度探头的定位精度,模拟试块实验有效验证了仿真模拟结果,并证明了检测工艺的可靠性.该文对核电站接管安全端异种金属焊缝进行了焊缝物理特性分析,包括异种金属焊接接头组成,焊缝及母材显微组织分析,焊缝组织对超声波衰减影响分析等,根据分析结果及该类型焊缝的检测特点.