不锈钢护套对磁致伸缩导波桥梁缆索检测影响

针对带有不锈钢护套的桥梁缆索磁致伸缩导波现场检测中传感器的安装问题,基于磁致伸缩效应及其逆效应建立了有限元模型,并通过仿真分别研究了不锈钢护套对磁致伸缩导波激励与接收的影响,进而得到不锈钢护套对导波检测信号的影响.通过实验室和实桥实验进行了验证,结果表明:不锈钢护套对磁致伸缩导波的激励过程与接收过程均会造成衰减,激励端与接收端不锈钢厚度对信号衰减的影响趋势基本相同.根据仿真与实验结果得到了可以将磁致伸缩导波传感器安装于不锈钢护套上的激励频率及不锈钢护套厚度的范围,为现场安装提供了指导.     

交叉线圈式磁致伸缩导波传感器结构参数优化

为了使交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器中高饱和磁致伸缩带的振动通过耦合剂和环形线圈传递到待测构件,优化其结构参数以提高传感器的耦合效率,基于交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器的传感原理,针对环形线圈线径和覆盖率这两个结构参数,从振动耦合机制出发分析了环形线圈结构参数对能量耦合的影响,提出了一种用于环形线圈结构参数设计的优化方法,最后通过实验验证了该优化方法的可行性.将通过该方法优化后的最佳线圈线径和最佳覆盖率运用到传感器中,传感器换能效率提高了28%.     

基于磁致伸缩效应的管道检测纵向导波模型

基于铁磁性材料在磁场作用下具有的磁、力学特性，推导了磁致伸缩无损检测技术在管道中检测导波模型．在静态偏置磁场和通过传感器激励线圈交变电流形成的交变磁场作用下，管道中产生弹性导波，由弹性导波运动方程，推导其位移表达式，由位移求出应变．根据逆磁致伸缩效应，应变导致磁感应强度的变化，其变化引起穿过接收线圈磁通量的改变从而推导出感应电压表达式．由此建立了作用在激励传感器线圈上的电流与接收传感器输出电压之间的定量关系，为磁致伸缩效应用于无损检测提供了检测理论和技术手段．     

非接触式磁致伸缩扭转导波传感器研制

针对钢管非接触式扭转导波检测的需求,基于Wiedemann效应设计了一种新型导波传感器,该传感器由永磁铁、回折线圈和屏蔽层组成.首先,采用ANSYS仿真软件研究了钢管中静态偏置磁场分布,并分析了传感器的工作原理,通过实验验证了传感器在钢管中激励和接收扭转导波的可行性.然后,分析了检测信号中噪声信号的产生原因,利用铜皮作为屏蔽层对回折线圈轴向段激励产生的周向动态磁场进行屏蔽,提高了检测信号的信噪比.接着,通过实验研究了传感器的频率特性,结果表明传感器的最佳激励频率与回折线圈的设计频率一致.最后,将传感器应用于钢管缺陷检测,结果表明该传感器能够识别出横截面积损失3%的周向刻槽缺陷.     

磁致伸缩导波技术在纤维增强塑料锚杆中的应用

为了提高纤维增强塑料(FRP)锚杆的缺陷检测精度,将磁致伸缩检测技术应用于FRP锚杆检测,通过镍带与FRP锚杆耦合的方式激发并接收磁致伸缩导波信号;为了解决磁致伸缩导波信号信噪比低、特征不明显的问题,利用变分模态分解(VMD)算法将信号分解为多个模态信号,对各层多模态信号进行滤波后重构,再通过最小均方误差估计(MMSE)增强算法提高信号信噪比。结果表明:经变分模态分解-最小均方误差估计(VMD-MMSE)算法处理后,可提升FRP锚杆反射回波信号的信噪比和信号特征;磁致伸缩导波检测技术可应用于FRP锚杆质量检测,可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行精确判断。     

超声导波管道检测中导波模态及频率的选择

长距离管道超声导波检测技术是一种新的管道无损检测技术,可以对常规方法无法接近的管道进行快速检测,工程应用前景非常广阔．本文对管道超声导波检测过程中传感器的数量和布置间距对榆出导波信号的影响进行了讨论,并以纵向轴对称导波L(0,2)为例,就导波模态及频率的选择对检测效果及一次性检测长度的影响进行了研究．综合多方因素选择的最优试验频率即可作为现场管道试验的检测频率．     

钢花管中低频纵向导波模态传播特性的数值仿真

钢花管是管棚超前支护中的核心承力构件.采用有限元仿真分析了低频纵向导波模态在钢花管中的传播特性和检测能力.建立带注浆小孔的钢花管中低频纵向导波模态传播的有限元模型.选取频率30kHz的L(0,2)模态用于钢花管检测.当注浆小孔直径为10mm时,孔数的变化对频率30kHz的L(0,2)模态第一次和第二次端面回波信号幅值影响较小.但随着孔数增加,该模态的群速度呈线性下降,每增加1个孔,该模态的群速度下降0.76m/s.研究孔数不变时孔径对频率30kHz的L(0,2)模态传播能力和传播速度的影响,结果显示孔径变化对该模态的能量传播影响较小.孔数和孔径对端面回波幅值影响较小,表明低频纵向超声导波具有对钢花管进行长距离检测的潜力.然而,随着孔径的增加,该模态的群速度也逐渐下降,但下降幅度不一致.研究结果为将低频纵向模态应用于钢花管结构的无损检测奠定了一定的基础.     

导波模态类型对锚固锚杆无损检测的影响

纵向模态、扭转模态和弯曲模态超声导波在锚固锚杆结构中衰减的差异性巨大,研究这3种模态超声导波的传播规律对无损检测中测试波的选择具有重要指导意义.应用全局矩阵法的理论计算方法和数值模拟方法分别对这3种模态导波的频散规律和传播规律进行研究,两种方法的研究结果吻合较好.研究结果表明,纵向模态在高频范围内存在衰减为20~44 dB/m的超声导波;扭转模态的所有导波衰减都大于180 dB/m;弯曲模态的导波衰减也大于50 dB/m.因此,纵向模态高频范围的超声导波由于衰减小、易激发等优点可以作为无损检测中的首选测试波.      

有机热载体炉积碳层中超声导波的检测试验研究

阐述模拟积碳层检测的试验装置,研究不同探头间距、不同周期和有无积碳层炉管对超声导波信号的影响。研究结果表明:频率为500 kHz时的L(0,2)模态导波在双层管道中的最佳探头检测间距为35~40 cm,最佳检测周期为5周期;当探头间距为40 cm、检测周期为5周期时,频率为500 kHz激励出的L(0,2)模态在厚度为3 mm的积碳管中的群速度比在空管中的群速度减少7.59%,从模拟试验中验证了可利用超声导波群速度检测积碳层厚度。该研究结果为基于超声导波的有机热载体炉积碳检测研究提供了依据。     

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%。     

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。     

锚杆中纵向超声导波传播特性数值模拟研究

针对导波在锚杆检测中的应用,分析了纵向导波在锚杆中的传播特性,利用Matlab求解了纵向导波传播的频散方程,用有限元数值方法模拟了不同频率的L(0,1)模态导波在锚杆中的传播特性,并对其杆顶响应信号进行了分析。通过理论和数值模拟分析对比验证了数值模拟方法的可行性,对于工程中应用导波对锚杆进行检测时,应选择适当频率的导波,并结合各频率导波在锚杆中的传播特性才能得到可靠的结果,进而对锚杆顶端对称与非对称激励震源在锚杆顶端产生的响应进行了分析。     

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。     

模型桩多波检测的对比研究

文章给出了瞬态激振力下完整桩与浅部缺陷桩的纵波、扭转波及横波实测的桩顶速度响应与数值模拟结果;分析多波检测曲线的特征,结果表明扭转波和纵波桩底反射波相位特征一致,但横波桩底反射波会同时出现同相位和反相位;根据纵波、扭转波及横波在桩土系统传播的定解问题,利用有限差分方法分别求解了3种波的桩顶速度响应,计算结果表明扭转波对浅部缺陷反射更为敏感,但是横波测试的横向尺寸效应受激振力作用时间和桩径比(桩长与桩身直径的比值)的影响要比纵波和扭转波明显。     

柱状长骨中的纵向超声导波频散和激发强度

用一个内充水、外覆水层的横向各向同性柱壳模拟长骨,将环状声源置于长骨外流体层中,数值模拟和分析导波的群速度和激发强度,并考察各向异性参数及长骨内半径对导波频散和激发强度的影响.结果表明:当长骨从各向同性变为横向各向同性时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当各向异性参数ε减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显减小,且群速度曲线向低频区域移动;当各向异性参数δ减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当长骨内半径增加,在低频50kHz附近时,最低阶纵向导波L01的群速度明显减小,激发强度明显增强;最低阶和第二阶纵向导波模式可分别用于检测长骨的厚度变化及各向异性特征.     

超声导波定量评价长骨骨折状况

采用超声导波评价长骨骨折已成为近年来的研究热点之一,为了定量地评价长骨骨折状况,本文采用二维时域有限差分仿真方法定量分析了超声导波在部分断裂和完全断裂的长骨中的传播情况.结果表明,采用低频窄带高斯包络正弦信号可成功激励出两个低阶导波模式S0和A0,其中A0模式对长骨骨折状况较为敏感.S0和A0模式幅度的比值S0/A0被用于评价长骨骨折程度,S0/A0随裂纹宽度、裂纹深度的增加显著上升.因此超声导波模式转换现象可用于定量表征骨折长骨的裂纹深度和裂纹宽度的变化,对长骨骨折愈合的监测也具有一定意义.     

含左手材料光波导承载导波和表面波的模式研究

通过转移矩阵方法理论,研究含左手材料平板波导导波模式与表面波的特性.在TE极化情况下,包裹层为金属-芯层为左手材料的3层平板波导满足导波条件时,导波层能承载新功能的导波模式;不满足导波条件时,波导的包裹层和芯层都会出现不同指数规律衰减的表面波.